干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺
阅读说明：本技术 干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺 (Construction process for dry-type fully-assembled industrialized concrete column joint ) 是由 沈华 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点施工工艺,包括上预制混凝土柱、上预留螺栓孔连接钢板、上加劲板组、上连接钢管、下预制混凝土柱、下预留螺栓孔连接钢板、下加劲板组、下连接钢管和高强连接螺栓,上连接钢管固定连接于上预留螺栓孔连接钢板的上方,上加劲板组连接于上连接钢管与上预留螺栓孔连接钢板之间,上柱纵向钢筋的下部沿周向焊接固定于上连接钢管的上部外周；下预制混凝土柱相对于上预制混凝土柱对称设置；上预留螺栓孔连接钢板与下预留螺栓孔连接板通过高强度螺栓连接固定。本发明基于钢管混凝土原理提出了一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点的构造和制造安装工艺,相对于其他方案具有更好的力学性能、可靠性和经济性。(The invention provides a dry-type full-assembly industrialized concrete column joint construction process, which comprises an upper precast concrete column, an upper reserved bolt hole connecting steel plate, an upper stiffening plate group, an upper connecting steel pipe, a lower precast concrete column, a lower reserved bolt hole connecting steel plate, a lower stiffening plate group, a lower connecting steel pipe and a high-strength connecting bolt, wherein the upper connecting steel pipe is fixedly connected above the upper reserved bolt hole connecting steel plate; the lower precast concrete column is symmetrically arranged relative to the upper precast concrete column; the upper reserved bolt hole connecting steel plate and the lower reserved bolt hole connecting plate are fixedly connected through a high-strength bolt. The invention provides a construction, manufacturing and installation process of a dry-type fully-assembled industrialized concrete column node based on a steel tube concrete principle, and the dry-type fully-assembled industrialized concrete column node has better mechanical property, reliability and economy compared with other schemes.)
技术领域
本发明属于预制装配式混凝土结构工程领域，具体涉及一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺。
背景技术
工业化混凝土结构是一种在工厂内生产混凝土构件，经养护验收合格后，运输至施工现场进行安装，是建筑结构的一种工业化建造方式。发展工业化混凝土结构有助于促进全社会节能减排，实现“四节一环保”，提升劳动生产率，保障建筑工程质量，推进供给侧改革，化解过剩产能，最终达成建筑业的信息化和工业化。
柱是建筑结构的竖向关键构件，起着承载上部荷载并传递至基础的作用。主流的干式工业化混凝土结构中，柱柱连接主要采用灌浆套筒技术，该技术需要在柱下端预埋灌浆钢套筒和柱上端预留出筋，在现场构件吊装就位后，在套筒中注入灌浆料完成上下节柱连接。灌浆套筒技术发展至今仍存在不足：（1）柱端预埋钢套筒和预留出筋要求定位精准，否则现场难于对接安装；（2）尚无有效检测手段对套筒注浆施工质量进行控制，可能导致一些安全隐患；（3）套筒制造工艺复杂，造价较高，推升了建造成本。目前，其他干式工业化混凝土柱柱节点还有采用螺栓或焊接的连接方式。如中国发明专利CN201710815988.0公开了一种混凝土柱与混凝土柱的新型装配式连接结构，包括上节混凝土柱和下节混凝土柱，所述上节混凝土柱柱底通过预埋带螺纹高强钢筋加螺帽与上连接件上端板连接固定，下节混凝土柱柱顶通过预埋带螺纹高强钢筋加螺帽与下连接件下端板连接固定；上连接件上端板、上连接件十字形钢管短柱和上连接件四角预留螺栓孔下端板之间连接固定，下连接件四角预留螺栓孔上端板、下连接件十字形钢管短柱和下连接件下端板之间连接固定；上连接件四角预留螺栓孔下端板和下连接件四角预留螺栓孔上端板之间在四角预留螺栓孔处通过高强螺栓连接固定。该发明采用全螺栓装配，质量可靠，施工进度快、效率高，节点构造设计大为简化，方便工厂预制，易于拆卸和更换，还可实现速度模块化组装施工，特别适合于高层或超高层建筑。该混凝土柱与混凝土柱的新型装配式连接结构的缺点是：1、采用预埋带螺纹高强钢筋加螺帽与连接件端板固定，制造难度大且成本高；2、混凝土柱纵筋直接与连接件上端板连接，无受力和变形协调保证措施，而且采用螺帽连接于端板可靠性差；3、连接件十字形钢管短柱为空心，导致混凝土柱与钢管之间刚度突变明显；4、混凝土柱与钢管短柱间的连接端板大大增加了钢材用量和焊接工作量；5、节点的构造形式，使得连接高强螺栓布置受限，难以提高节点承载力。
中国实用新型专利CN201920572600.3公开了一种预制装配式柱柱连接节点，包括上预制柱构件、下预制柱构件、螺栓、上预制混凝土柱柱身和下预制柱构件，连接构件设置了腹板段，所述的腹板段由若干个块钢板焊接成“米”字形。该实用新型通过在上预制柱连接构件的连接构件设置了由若干个块钢板焊接成“米字形”腹板段，使得柱柱连接节点的连接方式传力明确、可靠，受力性能较好。该实用新型的预制装配式柱柱连接节点不需要经过湿作业即可完成作业，有效提升装配混凝土结构效率，并能实现拼装迅速，加快了施工速度，能大幅度地减少了工期。该预制装配式柱柱连接节点的缺点是：1、“米”字形的节点腹板截面形式，制造难度大，且不利于提升力学性能；2、混凝土柱内纵筋直接与上连接板相连，无受力和变形协调措施；3、“米”字形节点腹板截面与混凝土柱截面间的刚度突变显著；4、下连接板采用螺栓与螺纹套筒连接，对节点的制造精度要求极高；5、混凝土柱中预埋螺纹套筒不仅要求定位精准，而且成本较高。
由于现场焊接质量难以保证，因此焊接方式在工程实践中很少采用。螺栓连接本身是一种成熟的钢结构连接方式，但是其运用在工业化混凝土结构中，现有节点的构造存在力学设计不尽合理、节点连接构造复杂，以及对制造施工的精度要求过高等问题，导致难以推广运用。因此，亟待开发一种具有构造简单，易维护、可拆卸、性能可靠、经济性好等特征，且工业化特征显著的干式全装配工业化混凝土柱柱节点及其制作安装工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺，构造简单、易维护、可拆卸、性能可靠、经济性好。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺，所述干式全装配工业化混凝土柱柱节点可设置于混凝土柱中任意位置；所述混凝土柱柱节点设置于混凝土柱反弯点处时，可按非等强度原则设计。
其中，所述的干式全装配工业化混凝土柱柱节点包括上预制混凝土柱、上预留螺栓孔连接钢板、上加劲板组、上连接钢管、下预制混凝土柱、下预留螺栓孔连接钢板、下加劲板组、下连接钢管和高强连接螺栓，所述上连接钢管的下端固定连接于上预留螺栓孔连接钢板的上方，所述上加劲板组包括多个上加劲板，多个所述上加劲板沿上连接钢管的下部外侧周向分布并连接于上连接钢管的外壁面与上预留螺栓孔连接钢板上端面之间，所述上预制混凝土柱中的多根上柱纵向钢筋的下部沿周向焊接固定于上连接钢管的上部外周；
所述下连接钢管的上端固定连接于下预留螺栓孔连接钢板的下方，所述下加劲板组包括多个下加劲板，多个所述下加劲板沿下连接钢管的上部外侧周向分布并连接于下连接钢管的外壁面与下预留螺栓孔连接钢板下端面之间，所述下预制混凝土柱中的多根下柱纵向钢筋的上部沿周向焊接固定于下连接钢管的下部外周；
所述上预留螺栓孔连接钢板与下预留螺栓孔连接板之间通过高强度螺栓连接固定；
所述的干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺包括上预制混凝土柱的制造工艺、下预制混凝土柱的制造工艺、以及上、下预制混凝土柱的安装工艺，其中，
所述上预制混凝土柱的制造工艺包括如下步骤：
1-1、通过切割型钢钢管或焊接钢管制备上连接钢管，上连接钢管的长度包括：上柱纵向钢筋与上连接钢管的焊接长度、上柱纵向钢筋的保护层厚度、以及螺栓的高度及操作空间；
1-2、在连接钢板坯料上按设计要求开设螺栓孔，制成上预留螺栓孔连接钢板3；
1-3、将步骤1-1制备的上连接钢管的下端焊接于步骤1-2制备的上预留螺栓孔连接钢板上，并在上连接钢管和上预留螺栓孔连接钢板之间按设计要求焊接上加劲板组至满足混凝土柱柱节点力学性能；
1-4、在上连接钢管内部浇筑混凝土并养护，形成上连接段钢管混凝土结构，达到连接相对构件强度和刚度不降低；
1-5、上柱纵向钢筋的下部与上连接钢管的上部外侧双面焊接固定，然后绑扎柱箍筋形成上预制混凝土柱钢筋笼，但连接钢管范围内无需配置；
1-6、将步骤1-5形成的预制混凝土柱钢筋笼置于模板中，浇筑预制柱混凝土，进行蒸压养护至设计强度后脱模板，制成上预制混凝土柱；
1-7、步骤1-6制成的上预制混凝土柱出厂检验完毕后，运输至装配施工现场；
所述下预制混凝土柱的制造工艺包括如下步骤：
2-1、通过切割型钢钢管或焊接钢管制备下连接钢管，下连接钢管的长度包括：下柱纵向钢筋与下连接钢管的焊接长度、下柱纵向钢筋的保护层厚度；
2-2、在连接钢板坯料上按设计要求开设螺栓孔，制成下预留螺栓孔连接钢板；
2-3、将步骤2-1制备的下连接钢管的上端焊接于步骤2-2制备的下预留螺栓孔连接钢板上，并在下连接钢管和下预留螺栓孔连接钢板之间按设计要求焊接下加劲板组至满足混凝土柱柱节点力学性能；
2-4、在下连接钢管内部浇筑混凝土并养护，形成下连接段钢管混凝土结构，达到连接相对于构件的强度和刚度不降低；
2-5、下柱纵向钢筋的上部与下连接钢管的下部外侧双面焊接固定，然后绑扎柱箍筋形成下预制混凝土柱钢筋笼，但连接钢管范围内无需配置；
2-6、将步骤2-5形成的预制混凝土柱钢筋笼置于模板中，浇筑预制柱混凝土，进行蒸压养护至设计强度后脱模板，制成下预制混凝土柱；
2-7、步骤2-6制成的下预制混凝土柱出厂检验完毕后，运输至装配施工现场；
上、下预制混凝土柱的安装工艺包括如下步骤：
3-1、将上预制混凝土柱和下预制混凝土柱分别吊装至预定位置，上预留螺栓孔连接钢板和下预留螺栓孔连接钢板上的螺栓孔对齐；
3-2、采用高强连接螺栓将上预留螺栓孔连接钢板和下预留螺栓孔连接钢板进行连接固定，使上、下预制混凝土柱相对固定；
3-3、对混凝土柱柱节点的外露钢材进行防腐和防火处理。
其中，步骤1-4和步骤2-4中，浇筑连接上、下连接钢管内部混凝土时，采用微膨胀混凝土，并形成粗糙混凝土表面，以保证新老混凝土间的粘结。
其中，步骤3-3中，对混凝土柱柱节点的外露钢材进行防腐和防火处理的同时，在连接区域填充防腐和防火材料。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明提供的一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点，结构简单、构件规整、运输便捷，焊接工作和混凝土浇筑均在工厂内完成，制造和养护条件好，产品质量可控和性能可靠。构件运输至现场采用全螺栓连接安装，结构可拆卸，具有显著的建筑工业化特征，可实现标准化生产，提高施工效率，减少施工工期，有效降低工程造价。
2、本发明创造性采用钢管混凝土进行柱柱连接达成了连接刚度和强度不降低，可选择设置在柱中任意部位，极大提高了柱柱连接的力学性能和可靠度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构分解图；
图3为本发明中上预制混凝土柱的结构放大图；
图4为本发明的施工工艺流程图。
附图标记说明：
1、上预制混凝土柱；2、下预制混凝土柱；3、上预留螺栓孔连接钢板；4、下预留螺栓孔连接钢板；5、上加劲板组；6下加劲板组；7、上连接钢管；8、下连接钢管；9、高强连接螺栓；10、上柱纵向钢筋；11、下柱纵向钢筋；12、上预制混凝土柱钢筋笼；13、下预制混凝土柱钢筋笼。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-图3所示，本发明提供一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点，可设置于混凝土柱中任意位置；所述混凝土柱柱节点设置于混凝土柱反弯点处时，可按非等强度原则设计。
所述的干式全装配工业化混凝土柱柱节点包括上预制混凝土柱1、上预留螺栓孔连接钢板3、上加劲板组5、上连接钢管7、下预制混凝土柱2、下预留螺栓孔连接钢板4、下加劲板组6、下连接钢管8和高强连接螺栓9，所述上连接钢管7的下端固定连接于上预留螺栓孔连接钢板3的上方，所述上加劲板组5包括多个上加劲板，多个所述上加劲板沿上连接钢管7的下部外侧周向分布并连接于上连接钢管7的外壁面与上预留螺栓孔连接钢板3上端面之间，所述上预制混凝土柱1中的多根上柱纵向钢筋10的下部沿周向焊接固定于上连接钢管7的上部外周。
所述下连接钢管8的上端固定连接于下预留螺栓孔连接钢板4的下方，所述下加劲板组6包括多个下加劲板，多个所述下加劲板沿下连接钢管8的上部外侧周向分布并连接于下连接钢管8的外壁面与下预留螺栓孔连接钢板4下端面之间，所述下预制混凝土柱2中的多根下柱纵向钢筋11的上部沿周向焊接固定于下连接钢管8的下部外周。
所述上预留螺栓孔连接钢板3与下预留螺栓孔连接板4之间通过高强度螺栓9连接固定。其中，所述上预留螺栓孔连接钢板3和下预留螺栓孔连接钢板4的厚度依据连接的抗弯承载力要求确定。所述高强连接螺栓9的数量、布置和规格按节点的抗弯和抗剪承载力要求确定，螺栓中心距离钢板外边缘距离和螺栓之间的距离符合相关规范要求，且满足螺栓施工要求。
所述上连接钢管7和下连接钢管8内部填充混凝土后形成钢管混凝土结构，是本发明构造的核心内容，通过钢管约束内部混凝土，计算确定钢管规格和混凝土强度，实现柱柱连接的刚度和强度不降低。
所述上加劲板组5和下加劲板组6的形状、尺寸和焊缝，按抗弯承载力需要确定，并满足相关规范规定。本实施例中，所述上加劲板组5包括8个上加劲板，上加劲板为三角形板，其中一直角边与上连接钢管7的外壁面焊接固定，另一直角边与上预留螺栓孔连接钢板3上端面焊接固定。所述下加劲板组6包括8个下加劲板，下加劲板为三角形板，其中一直角边与下连接钢管8的外壁面焊接固定，另一直角边与下预留螺栓孔连接钢板4的下端面焊接固定。
所述上柱纵向钢筋10的下部与上连接钢管7的上部双面焊接固定，所述下柱纵向钢筋11的上部与下连接钢管8的下部双面焊接固定，焊接长度等参数按等强计算确定，并满足相关规范要求。双面焊接不仅可有效减小连接钢管长度，而且简化了柱纵筋与连接钢板之间的连接。
所述上连接钢管的长度不小于上柱纵向钢筋10与上连接钢管的焊接长度、上柱纵向钢筋10的保护层厚度、以及螺栓的高度及操作空间高度之和。
如图4所示，本发明还提供一种干式全装配工业化混凝土柱柱节点的施工工艺，包括上预制混凝土柱的制造工艺、下预制混凝土柱的制造工艺、以及上、下预制混凝土柱的安装工艺，其中，
所述上预制混凝土柱的制造工艺包括如下步骤：
1-1、通过切割型钢钢管或焊接钢管制备上连接钢管7，上连接钢管的长度包括：上柱纵向钢筋10与上连接钢管的焊接长度、上柱纵向钢筋10的保护层厚度、以及螺栓的高度及操作空间；
1-2、在连接钢板坯料上按设计要求开设螺栓孔，螺栓孔的直径、间距和边距等均应满足设计规范要求，制成上预留螺栓孔连接钢板3；
1-3、将步骤1-1制备的上连接钢管7的下端焊接于步骤1-2制备的上预留螺栓孔连接钢板3上，并在上连接钢管7和上预留螺栓孔连接钢板3之间按设计要求焊接上加劲板组5至满足混凝土柱柱节点力学性能；
1-4、在上连接钢管7内部浇筑混凝土并养护，形成上连接段钢管混凝土结构，达到连接相对构件强度和刚度不降低；
1-5、上柱纵向钢筋10的下部与上连接钢管7的上部外侧双面焊接固定，然后绑扎柱箍筋形成上预制混凝土柱钢筋笼12，但连接钢管范围内无需配置；
1-6、将步骤1-5形成的预制混凝土柱钢筋笼置于模板中，浇筑预制柱混凝土，进行蒸压养护至设计强度后脱模板，制成上预制混凝土柱；
1-7、步骤1-6制成的上预制混凝土柱出厂检验完毕后，运输至装配施工现场；
所述下预制混凝土柱的制造工艺包括如下步骤：
2-1、通过切割型钢钢管或焊接钢管制备下连接钢管8，下连接钢管的长度包括：下柱纵向钢筋11与下连接钢管的焊接长度、下柱纵向钢筋11的保护层厚度；
2-2、在连接钢板坯料上按设计要求开设螺栓孔，制成下预留螺栓孔连接钢板4；
2-3、将步骤2-1制备的下连接钢管8的下端焊接于步骤2-2制备的下预留螺栓孔连接钢板4上，并在下连接钢管8和下预留螺栓孔连接钢板4之间按设计要求焊接下加劲板组6至满足混凝土柱柱节点力学性能；
2-4、在下连接钢管8内部浇筑混凝土并养护，形成下连接段钢管混凝土结构，达到连接相对构件强度和刚度不降低；
2-5、下柱纵向钢筋11的上部与下连接钢管8的下部外侧双面焊接固定，然后绑扎柱箍筋形成下预制混凝土柱钢筋笼13，但连接钢管范围内无需配置；
2-6、将步骤2-5形成的预制混凝土柱钢筋笼置于模板中，浇筑预制柱混凝土，进行蒸压养护至设计强度后脱模板，制成下预制混凝土柱；
2-7、步骤2-6制成的下预制混凝土柱出厂检验完毕后，运输至装配施工现场；
上、下预制混凝土柱的安装工艺包括如下步骤：
3-1、将上预制混凝土柱和下预制混凝土柱分别吊装至预定位置，上预留螺栓孔连接钢板3和下预留螺栓孔连接钢板4上的螺栓孔对齐；
3-2、采用高强连接螺栓9将上预留螺栓孔连接钢板3和下预留螺栓孔连接钢板4进行连接，使上、下预制混凝土柱相对固定；
3-3、对混凝土柱柱节点的外露钢材进行防腐和防火处理，并在连接区域填充防腐和防火材料，使得柱子更为规整。
步骤1-4和步骤2-4中，浇筑连接上、下连接钢管内部混凝土时，采用微膨胀混凝土，并形成混凝土粗糙表面，以保证新老混凝土间的粘结。
本发明与现有技术相比，具有如下特点：
1、在工业化混凝土柱柱节点中首次采用钢管混凝土技术和原理，极大提升了柱轴力、抗剪和抗弯等强度性能，同时实现相对于混凝土构件节点刚度不降低，因此可运用于柱端部、柱反弯点或者柱任意部位进行连接，具有极强的灵活性。
2、创新性地将混凝土纵向钢筋采用双面焊接于钢管侧壁，焊接简单易行，质量可控稳定，力的传递直接可靠，且由于钢管的存在无需另配箍筋，工程造价得到有效降低。
3、连接钢管和连接钢板之间的加劲肋可灵活布置，不仅可有效增强连接钢管的稳定性，而且保障节点弯矩传递和减小端部钢板变形，可极大提升节点抗弯性能。
4、柱节点采用了截面缩进式构造和螺栓连接，不仅有效实现了节点的可拆卸性，而且创新提出截面缩进处填充防腐和防火材料实现节点外形的规整性和提升节点抗腐和防火性能。
本发明实施例所示的结构、比例、大小等，均仅以配合说明的形式加以说明，以供相关领域的人士阅读和了解，并非约束和限定本发明构造可实施的范围。任何不影响本发明所产生的功效的情况下的改进和润饰，均应包含于本发明所能涵盖的范围内。本说明中所采用的相关说明用词，亦是为了说明的简洁明了，任何无实质技术变更都应视为本发明可实施的范畴。
以上的仅是本发明的优选构造方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。