[发明专利]一种预应力预制ECC-RC组合梁柱节点构件

说明书

技术领域

本发明属于结构工程领域，涉及一种采用钢筋增强的纤维水泥基复合材料（ECC）及预应力筋的预制梁柱节点构件，应用于装配式框架结构中，代替传统的钢筋混凝土梁柱节点。

背景技术

预制装配式混凝土结构具有现浇混凝土结构无法比拟的优点：①施工速度快，提高劳动生产率；②施工方便，减少现场湿作业，改善施工环境和减少扰民现象；③预制构件工厂化生产，产品质量有保证；④预制混凝土结构能有效控制混凝土的变形裂缝。

框架节点是框架中最薄弱、最易受损的部位之一。由于混凝土材料本身存在抗拉强度低、韧性差等缺点，混凝土节点的延性、损伤容限均较低，导致地震荷载作用下，引起结构较大的变形，甚至结构破坏。即使未发生破坏，节点区域的界面劈拉破坏和保护层剥落现象严重，导致震后修复费用巨大。

钢筋混凝土节点及附近区域在地震作用下承受着较大的内力，为实现“强节点弱构件”、“强剪弱弯”的抗震设计概念和要求，通常这些区域具有致密的箍筋，导致节点区混凝土施工困难，易造成节点区混凝土浇筑不密实，影响结构抗震性能。

工程用水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites，简称ECC），是一种具有高延性、高韧性和多缝开裂特征的纤维增强水泥基复合材料。ECC 是根据细观力学和断裂力学基本原理设计的短纤维增强水泥基复合材料，它以水泥、矿物掺合料以及粒径不大于0.15mm 的石英砂作为基体，用纤维做增强材料，在纤维体积掺量不大于2%的情况下，直接拉伸试验得到的极限拉应变通常可超3%，ECC可挤压成型，可自密实，亦可喷射，形式多样的ECC 使其易于满足不同的工程需要，也有利于其在土木工程领域的推广应用。

可恢复功能结构是指地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构，实现节点可恢复功能的一种途径是通过合理的设计，利用预应力筋的回弹作用，使得节点具有自复位的能力，减小了残余变形，震后易修复。考虑到ECC材料的高延性、搞韧性和多缝开裂特征，ECC节点的耗能能力较好且损伤小，将ECC和预应力结合起来及预制ECC节点和预应力拼装技术相结合，可以更好的实现可恢复功能结构。

发明内容

本发明提供了一种既可提高建筑结构节点区域延性和耗能性能，还可提高结构节点区域的自恢复能力，减少残余变形，从而提高结构抗震性能，减少震后修复费本发明提出的一种预应力预制ECC-RC组合梁柱节点构件，包括预应力筋和带牛腿的节点，所述带牛腿的节点由ECC材料、纵筋和箍筋组成，所述带牛腿的节点纵向上连接外伸柱；所述的带牛腿的节点横向上连接预制RC梁，所述带牛腿的节点和预制RC梁上均设有预留孔道，通过穿过预留孔道的预应力筋将带牛腿的节点与预制RC梁连接起来；所述外伸柱一端连接预制RC柱，所述外伸柱和预掉RC柱的端部均预埋有工字型钢，工字型钢的预埋深度为10~15cm，所述外伸柱上的工字型钢通过高强螺栓连接预制RC柱上的工字型钢；带牛腿的节点上的纵筋和预掉RC柱上的纵筋通过直螺纹套筒连接。

本发明中，所述带牛腿的节点包括长度为1~2倍柱截面高度的外伸柱，外伸柱端和预制RC柱端的纵筋外伸长度为10~15cm，工字型钢预埋部分与与之连接的外伸柱的纵筋或预制RC柱的纵筋焊接。

本发明考虑到目前ECC的生产成本较高和框架结构各区域的受力特点，只在节点区域及柱端采用ECC，梁和柱均采用普通混凝土预制。

有益效果：本发明和现有的现浇混凝土梁柱节点相比有如下优点：

预应力预制ECC-RC节点作为一种符合工业化生产方式的构件形式，可以提高劳动生产率，减少现场湿作业，改善施工环境，施工速度快，方便，预制构件工厂化的生产还可以保证构件的质量。

考虑到目前 ECC 的生产成本相对较高，整个预制框架结构采用ECC 不太现实，根究框架结构各部分受力的特点，在节点和柱端区域使用ECC材料，其他部分仍采用普通混凝土，使得ECC材料在工程中的应用具有经济上的可行性。

极限承载力和变形能力（预应力与ECC结合的优点）

采用预应力作为装配手段后，对比传统的钢筋混凝土现浇结构，预制装配结构在经历较大的反复非线性变形后，因预应力筋的回弹，具有良好的自复位能力，即最终的残余变形很小。后张预应力预制混凝土梁柱中节点的试验表明，即使在楼层位移角接近3.5%时，残余变形与最大变形的比值也仅在0.1左右，而普通钢筋混凝土节点的比值在0.6左右，远高于前者，说明将预应力作为装配手段可大大增强构件的自复位能力,使得震后结构不需要修复或者稍加修复即可投入使用。