一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法
阅读：961发布：2024-01-30
专利汇可以提供一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种运用 水 泥基材料连接的 混凝土 节点 结构，称为 水泥 基材料 焊接 节点，该结构包括有多个预制混凝土构件，相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙由水泥基材料进行填筑，所述水泥基材料为 纤维 水泥基 复合材料 。本发明进一步提供一种水泥基材料连接的混凝土节点结构施工、调控方法以及在组合混凝土结构中的用途。本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，该方法操作工序简单，可在保证 质量 的同时加快预制结构的现场拼装速度，节省工期，降低成本，发挥装配式结构的优势，帮助提高建筑工业化的效率。，下面是一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法专利的具体信息内容。
1.一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，包括有多个预制混凝土构件，相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙由水泥基材料进行填筑，所述水泥基材料为纤维水泥基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，所述纤维水泥基复合材料，按重量份计，包括以下配制组分：
水泥317-319份；
粉煤灰317-319份；
砂153-155份；
膨胀剂0.2-0.4份；
减水剂6.3-6.5份；
纤维12.6-12.8份；
水216-218份。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，所述水泥基材料的延性符合公式(1)，
公式(1)为：Δd≥8％，
其中，Δd为混凝土抗拉试件达到承载力极限时的形变/试件受拉部分总长度。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，所述预制混凝土构件中预埋有伸出构件的钢筋，所述钢筋设于节点受拉处；所述钢筋包括以下条件中任一项或多项：
A1)所述钢筋的端部弯起，所述钢筋深入预制混凝土构件中的长度≥0.4la，所述钢筋的弯起长度lb≥15d，la按公式(2)进行计算，
公式(2)为：
其中，la为受拉钢筋基本锚固长度，mm；d为钢筋直径，mm；fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa；ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa；
A2)所述钢筋伸出部位设有第一榫肩；所述第一榫肩的长度d0按公式(3)进行计算，公式(3)为：d0＝max{5d,100mm}，
其中，d为钢筋直径，mm；
所述第一榫肩的高度h0按公式(4)进行计算，
公式(4)为：h0≥2c+d，
其中，h0为第一榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，相邻所述预制混凝土构件中穿节点钢筋长度按公式(5)进行计算，
公式(5)为：l＝l1+dwt+l2，
其中，l为穿节点钢筋长度，mm；l1为第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm；dwt为焊隙宽度，mm；l2为第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，相邻所述预制混凝土构件中，第二部分预制混凝土构件预留有钢筋孔道，所述钢筋孔道与经第一部分预制混凝土构件伸出的钢筋相匹配；所述钢筋孔道包括以下条件中任一项或多项：
B1)所述钢筋孔道设有第二榫肩；所述第二榫肩的长度d0按公式(8)进行计算，公式(8)为：d0＝max{5d,100mm}，
其中，d为钢筋直径，mm；所述第二榫肩的高度h0按公式(9)进行计算，公式(9)为：h0≥2c+d，其中，h0为第二榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm；
B2)所述钢筋孔道的长度L2按公式(10)进行计算，
公式(10)为：L2≥l2+a0，
其中，l2为按公式(7)计算得到的第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm；
B3)所述钢筋孔道的直径D按公式(11)进行计算，
公式(11)为：D≥d+2a0，
其中，d为钢筋直径，mm；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm。
7.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，所述缝隙宽度dwt，在不含有榫肩部位处按公式(12)进行计算，
公式(12)为：dwt＝dwc，
在含有榫肩部位处按公式(13)进行计算，
公式(13)为：dwt＝dwc+2d0，
其中，dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的长度，mm。
8.根据权利要求1所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，其特征在于，所述混凝土节点结构中缝隙的受弯承载力Mcu符合公式(14)，
公式(14)为：
-2
其中，α1为无量纲折减系数；fc为缝隙处的抗压强度，N·mm ；b为缝隙处的截面宽度，mm；x为缝隙处截面受压区高度，mm；fy为预制混凝土构件外伸受拉钢筋的抗拉强度设计值，N·mm-2；As或A为预制混凝土构件外伸在受拉区配筋的截面积，mm2；A′s为预制混凝土构件外伸在受压区配筋的截面积，mm2；ft为缝隙处的抗拉强度，N·mm-2；h'0为缝隙处截面有效高度，mm；M为缝隙处截面所受的弯矩作用，N·mm；Mcu为缝隙的受弯承载力，N·mm；
所述混凝土节点结构中缝隙的受剪承载力Vu符合公式(15)，
公式(15)为：
其中，Vu为缝隙的受剪承载力，N；λ＝0.25；ft为缝隙处的抗拉强度，N·mm-2；b缝隙处的截面宽度，mm；h'0为缝隙处截面的计算高度，mm；
所述混凝土节点结构中缝隙的宽度符合公式(16)、(17)，
公式(16)为：
公式(17)为：
其中，dwt为榫肩处缝隙宽度，mm；dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的宽度，mm；d为预制混凝土构件外伸钢筋的直径，mm；fy为预制混凝土构件外伸钢筋的抗拉强度设计值，N·mm-2；As为预制混凝土构件外伸钢筋在受拉区配筋的截面积，mm2。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构的施工方法，包括以下步骤：
1)生产预制混凝土构件后，将预制混凝土构件运输、吊装到需安装的部位；
2)在相邻所述预制混凝土构件中，将贯穿第一部分预制混凝土构件的钢筋伸入第二部分预制混凝土构件的钢筋孔道进行固定；
3)将水泥基材料填筑至相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙，使第一部分预制混凝土构件与第二部分预制混凝土构件进行连接后养护。
10.根据权利要求1-8任一所述的一种水泥基材料连接的混凝土节点结构在组合混凝土结构中的用途。
一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法
技术领域
背景技术
[0002] 混凝土材料是用水泥作胶凝材料，将砂、石作骨料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌和养护而得，属于水泥基材料。预制混凝土构件是使用混凝土材料在工厂或现场加工区预先加工制成的混凝土构件。采用预制混凝土构件进行混凝土结构施工的方法称为预制装配式施工方法，该方法可缩短混凝土结构施工时间，是房屋、桥梁等工程结构施工中常用的施工方式。然而，现有预制混凝土连接施工方式缺点在于构件连接时需要浇筑大量的后浇混凝土，导致构件拆除时无法重复利用。同时，如果采用钢板螺栓连接，钢板与预制混凝土构件间界面的连接构造过于复杂，不宜大规模使用。为了可以在构件拆除时可以部分再利用预制混凝土构件，同时避免钢-混凝土组合结构中过于复杂的界面构造，需要设计一种界面构造简单，后续有利于拆除的预制混凝土构件节点。
发明内容
[0003] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，可最大限度地发挥组合混凝土结构与高性能水泥基材料的优势，节约现场施工工序、时间，帮助提高建筑工业化生产效率。
[0004] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，包括有多个预制混凝土构件，相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙由水泥基材料进行填筑，所述水泥基材料为纤维水泥基复合材料。
[0005] 优选地，所述预制混凝土构件选自预制混凝土梁、预制混凝土柱、预制混凝土板中的一种。
[0006] 优选地，所述预制混凝土构件的缝隙界面要进行粗糙处理。
[0007] 更优选地，所述粗糙处理的方式选自拉毛处理或齿槽处理中的一种。
[0008] 进一步优选地，所述拉毛处理用切割机在构件的光滑接触面上切出划痕。以达到增加节点连接处混凝土粗糙度的目的。
[0009] 进一步优选地，所述齿槽处理在构件的光滑接触面上预设凹凸规则的齿槽，在构件浇筑时即完成。
[0010] 进一步优选地，所述齿槽处理中，所述齿槽的单齿长度≥50mm。
[0011] 优选地，所述纤维水泥基复合材料，按重量份计，包括以下配制组分：
[0012] 水泥317-319份；
[0014] 砂153-155份；
[0015] 膨胀剂0.2-0.4份；
[0017] 纤维12.6-12.8份；
[0018] 水216-218份。
[0019] 更优选地，所述纤维水泥基复合材料，按重量份计，包括以下配制组分：
[0020] 水泥318份；
[0021] 粉煤灰318份；
[0022] 砂154份；
[0023] 膨胀剂0.3份；
[0024] 减水剂6.4份；
[0025] 纤维12.7份；
[0026] 水217份。
[0028] 更优选地，所述粉煤灰为Class F粉煤灰。
[0029] 更优选地，所述砂为天然砂。
[0030] 更优选地，所述膨胀剂为UEA膨胀剂。所述UEA膨胀剂为U型膨胀剂(U-type expensive agent for concrete)，用于减少高水化热带来的混凝土干缩。
[0031] 更优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0032] 更优选地，所述纤维为PE纤维。所述PE纤维为聚乙烯纤维(polyethylene fiber)，掺入混凝土配合比中可大幅提高混凝土抗拉、抗折强度与抗裂能力。
[0034] 优选地，所述水泥基材料的抗拉强度ft≥10MPa。
[0035] 优选地，所述水泥基材料的抗压强度fc≥30MPa。
[0036] 优选地，所述水泥基材料的延性符合公式(1)，
[0037] 公式(1)为：Δd≥8％，
[0038] 其中，Δd为混凝土抗拉试件达到承载力极限时的形变/试件受拉部分总长度。
[0039] 优选地，所述水泥基材料的粒径≤4.75mm。所述水泥基材料中不含有粗骨料(粒径≥4.75mm的骨料)。
[0040] 优选地，所述预制混凝土构件中预埋有伸出构件的钢筋，所述钢筋设于节点受拉处。所述节点受压处不需设置钢筋。
[0041] 更优选地，所述钢筋为带肋钢筋。
[0042] 更优选地，所述钢筋的端部弯起，所述钢筋深入预制混凝土构件中的长度≥0.4la，所述钢筋的弯起长度lb≥15d，la按公式(2)进行计算，
[0043] 公式(2)为：
[0044] 其中，la为受拉钢筋基本锚固长度，mm；d为钢筋直径，mm；fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa；ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa。
[0045] 更优选地，所述钢筋伸出部位设有第一榫肩。
[0046] 进一步优选地，所述第一榫肩的长度d0按公式(3)进行计算，
[0047] 公式(3)为：d0＝max{5d,100mm}，
[0048] 其中，d为钢筋直径，mm。
[0049] 进一步优选地，所述第一榫肩的高度h0按公式(4)进行计算，
[0050] 述公式(4)为：h0≥2c+d，
[0051] 其中，h0为第一榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm。
[0052] 所述钢筋的保护层是为保证钢筋与混凝土传力充分、共同作用而设置的钢筋周围混凝土最小厚度。
[0053] 优选地，相邻所述预制混凝土构件中穿节点钢筋长度l按公式(5)进行计算，[0054] 公式(5)为：l＝l1+dwt+l2，
[0055] 其中，l为穿节点钢筋长度，mm；l1为第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm；dwt为缝隙宽度，mm；l2为第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm。
[0056] 更优选地，所述第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1满足在普通混凝土中的搭接长度要求。
[0057] 进一步优选地，所述第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1按公式(6)进行计算，
[0058] 公式(6)为：l1≥max{25d,400mm}，
[0059] 其中，d为钢筋直径，mm。
[0060] 更优选地，所述第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2满足在高性能水泥基材料中的搭接长度要求。
[0061] 进一步优选地，所述第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2按公式(7)进行计算，
[0062] 公式(7)为：l2≥max{15d,250mm}，
[0063] 其中，d为钢筋直径，mm。
[0064] 优选地，相邻所述预制混凝土构件中，第二部分预制混凝土构件预留有钢筋孔道，所述钢筋孔道与经第一部分预制混凝土构件伸出的钢筋相匹配。
[0065] 更优选地，所述钢筋孔道设有第二榫肩。
[0066] 进一步优选地，所述第二榫肩的长度d0按公式(8)进行计算，
[0067] 公式(8)为：d0＝max{5d,100mm}，
[0068] 其中，d为钢筋直径，mm。
[0069] 进一步优选地，所述第二榫肩的高度h0按公式(9)进行计算，
[0070] 公式(9)为：h0≥2c+d，
[0071] 其中，h0为第二榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm。
[0072] 更优选地，所述钢筋孔道的长度L2按公式(10)进行计算，
[0073] 公式(10)为：L2≥l2+a0，
[0074] 其中，l2为按公式(7)计算得到的第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm。
[0075] 更优选地，所述钢筋孔道的直径D按公式(11)进行计算，
[0076] 公式(11)为：D≥d+2a0，
[0077] 其中，d为钢筋直径，mm；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm。
[0078] 进一步优选地，所述a0＝15mm。
[0079] 更优选地，所述钢筋孔道中设有垫条。
[0080] 优选地，所述缝隙宽度dwt，在不含有榫肩部位处按公式(12)进行计算，
[0081] 公式(12)为：dwt＝dwc，
[0082] 在含有榫肩部位处按公式(13)进行计算，
[0083] 公式(13)为：dwt＝dwc+2d0，
[0084] 其中，dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的长度，mm。
[0085] 优选地，所述缝隙高度沿截面通长设置。
[0086] 优选地，所述混凝土节点结构中缝隙的受弯承载力Mcu符合公式(14)，
[0087] 公式(14)为：
[0088]
[0089] 其中，α1为无量纲折减系数；fc为缝隙处的抗压强度，N·mm-2；b为缝隙处的截面宽度，mm；x为缝隙处截面受压区高度，mm；fy为预制混凝土构件外伸受拉钢筋的抗拉强度设计值，N·mm-2；As或A为预制混凝土构件外伸在受拉区配筋的截面积，mm2；As'为预制混凝土构件外伸在受压区配筋的截面积，mm2；ft为缝隙处的抗拉强度，N·mm-2；h'0为缝隙处截面有效高度，mm；M为缝隙处截面所受的弯矩作用，N·mm；Mcu为缝隙的受弯承载力，N·mm。
[0090] 上述α1按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中第6.2.6条的规定计算。
[0091] 优选地，所述混凝土节点结构中缝隙的受剪承载力Vu符合公式(15)，
[0092] 公式(15)为：
[0093] 其中，Vu为缝隙的受剪承载力，N；λ＝0.25；ft为缝隙处的抗拉强度，N·mm-2；b缝隙处的截面宽度，mm；h'0为缝隙处截面的计算高度，mm。
[0094] 优选地，所述缝隙的受剪承载力为受集中荷载作用的深受弯构件，缝隙未配置箍筋。
[0095] 优选地，所述混凝土节点结构中缝隙的宽度符合公式(16)、(17)，
[0096] 公式(16)为：
[0097] 公式(17)为：
[0098] 其中，dwt为榫肩处缝隙宽度，mm；dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的宽度，mm；d为预制混凝土构件外伸钢筋的直径，mm；fy为预制混凝土构件外伸钢筋的抗拉强度设计值，N·mm-2；As为预制混凝土构件外伸钢筋在受拉区配筋的截面积，mm2。
[0100] 优选地，所述dwc按公式(18)进行计算，所述d0按公式(19)进行计算，
[0101] 公式(18)为：
[0102] 公式(19)为：d0＝max{5d,100mm}，
[0103] 其中，dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；fy为预制混凝土构件外伸钢筋的抗拉强度设计值，N·mm-2；As为预制混凝土构件外伸在受拉区配筋的截面积，mm2；d为预制混凝土构件外伸钢筋的直径，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的宽度，mm。
[0104] 优选地，所述水泥基材料连接的混凝土节点结构可按照国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中6.2节“正截面承载力计算”中的公式6.2.17计算柱的偏心受压承载力。
[0105] 本发明第二方面提供一种水泥基材料连接的混凝土节点结构的施工方法，包括以下步骤：
[0106] 1)生产预制混凝土构件后，将预制混凝土构件运输、吊装到需安装的部位；
[0107] 2)在相邻所述预制混凝土构件中，将贯穿第一部分预制混凝土构件的钢筋伸入第二部分预制混凝土构件的钢筋孔道进行固定；
[0108] 3)将水泥基材料填筑至相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙，使第一部分预制混凝土构件与第二部分预制混凝土构件进行连接后养护。
[0109] 优选地，步骤1)中，所述预制混凝土构件在工厂或工地现场进行批量生产。
[0110] 优选地，步骤1)中，所述预制混凝土构件上设有卡槽。所述卡槽便于现场拆装、临时支撑。
[0111] 更优选地，所述卡槽根据水平构件跨度，设置于水平构件的跨中或三分点处。用于连接节点拼装施工时需架设的临时支撑。
[0112] 优选地，步骤1)中，在运输、吊装到需安装的部位时，所述预制混凝土构件要保护外伸钢筋，保节点连接截面处的构造。避免其受损导致连接效果下降。
[0113] 优选地，步骤2)中，所述固定前，需预留缝隙的宽度，穿节点钢筋与钢筋孔道相匹配。所述固定要设置临时支撑。
[0114] 优选地，步骤3)中，所述水泥基材料采用焊枪进行填筑后焊接。所述焊枪为3D打印高性能混凝土材料或3D打印混凝土喷头。所述焊枪能稳定输出纤维水泥基复合材料。
[0115] 更优选地，所述填筑后焊接是先将纤维水泥基复合材料灌注埋入钢筋孔道内，再根据缝隙中不同部位节点的形状将水泥基材料由下往上进行浇筑。
[0117] 本发明第三方面提供一种水泥基材料连接的混凝土节点结构在组合混凝土结构中的用途。
[0119] 如上所述，本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的纤维水泥基材料的焊接施工方法，使用水泥基材料将预制构件连接一起，类似钢结构中的“焊接”形式，称为水泥基材料“焊接”连接施工方法，通过设计水泥基“焊接”节点，具有以下有益效果：
[0120] (1)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，与常规的“焊接”方式相比，常规的“焊接”方式是常用于钢结构的一种连接方式，在钢结构连接中指的是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺。在水泥基材料与混凝土结构中使用这一概念时，“焊接”指的是在预制混凝土构件连接节点设置的焊缝中，使用能够现场制备的纤维水泥基材料作为“焊料”的连接方式，这种方式可以实现预制装配式结构的现场快速施工，更好的发挥高性能水泥基材料的强度、延性优势，并保证节点的可靠性、安全性。
[0121] (2)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，可以更充分的利用组合混凝土结构的优势，充分发挥材料性能，减少材料浪费。
[0122] (3)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，现场操作工序简单，所需机械单一，可以在保证质量的同时加快预制结构的现场拼装速度，节省工期，降低成本。
[0123] (4)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，将更需要精度的操作放在预制构件的过程中完成，更有效的保障构件质量，发挥装配式结构的优势，帮助提升建筑工业化。
[0124] (5)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，在预制混凝土构件上留出“焊料”的填缝，现场使用水泥基材料“焊枪”实现节点连接，可应用于不同特性的混凝土预制构件，符合“组合混凝土结构”的概念，由于水泥基材料间的相容性，其新旧混凝土间界面行为相对于钢-组合混凝土结构较优，界面处理简便，可应用于组合混凝土结构现场施工中。
[0125] (6)本发明提供的一种适用于组合混凝土结构的水泥基材料的焊接施工方法，采用以纤维水泥基复合材料为主的具有高延性的水泥基材料，克服了传统混凝土拉伸延性小的缺点，可以将其应用于混凝土结构性能优化中，并且由于水泥基材料间的相容性，其界面间的构造形式相对简单。附图说明
[0126] 图1显示为本发明的第一部分预制混凝土构件的结构示意图。
[0127] 图2显示为本发明的第二部分预制混凝土构件的结构示意图。
[0128] 图3显示为本发明的实施例1中连接节点的结构示意图。
[0129] 图4显示为本发明的缝隙处承载能力计算截面及受力情况示意图4a、4b、4c，其中，图4a为组合混凝土预制构件截面示意图，图4b为组合混凝土预制构件受弯状态下截面受力示意图，图4c为组合混凝土预制构件受剪状态下截面受力示意图。
[0130] 图5显示为本发明的实施例2中连接节点的结构示意图。
[0131] 图6显示为本发明的实施例3中连接节点的结构示意图。
[0132] 附图标记
[0133] 1 第一部分预制混凝土构件
[0134] 11 第一榫肩
[0135] 12 钢筋
[0136] 2 第二部分预制混凝土构件
[0137] 21 第二榫肩
[0138] 22 钢筋孔道
[0139] 3 缝隙
[0140] 4 预制混凝土构件的横截面
[0141] 41 受拉区
[0142] 42 受拉区穿节点钢筋
[0143] 43 受压区
[0144] 44 受压区钢筋
[0145] lb 钢筋的弯起长度
[0146] l1 第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度
[0147] l2 第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度
[0148] dwt 缝隙宽度
[0149] dwc 相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度
[0150] d0 钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的长度[0151] d 钢筋直径
[0152] h0 第一榫肩或第二榫肩的高度
[0153] L2 钢筋孔道的长度
[0154] D 钢筋孔道的直径
[0155] a0 穿节点钢筋保护层厚度
[0156] b 缝隙处的截面宽度
[0157] ft 缝隙处的抗拉强度
[0158] fc 缝隙处的抗压强度
[0159] fy 预制混凝土构件外伸受拉钢筋的抗拉强度设计值
[0160] As 预制混凝土构件外伸在受拉区配筋的截面积
[0161] As' 预制混凝土构件外伸在受压区配筋的截面积
[0162] x0 缝隙处截面受压区高度
[0163] α1 无量纲折减系数
具体实施方式
[0165] 请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0166] 如图1-6所示，本发明提供一种水泥基材料连接的混凝土节点结构，包括有多个预制混凝土构件，相邻所述预制混凝土构件的界面之间缝隙由水泥基材料进行填筑，所述水泥基材料为纤维水泥基复合材料。
[0167] 在一个优选的实施例中，所述预制混凝土构件选自预制混凝土梁、预制混凝土柱、预制混凝土板中的一种。
[0168] 在一个优选的实施例中，所述预制混凝土构件的缝隙界面要进行粗糙处理。所述粗糙处理的方式选自拉毛处理或齿槽处理中的一种。其中，所述拉毛处理用切割机在构件的光滑接触面上切出划痕。以达到增加节点连接处混凝土粗糙度的目的。所述齿槽处理在构件的光滑接触面上预设凹凸规则的齿槽，在构件浇筑时即完成。所述齿槽的单齿长度≥50mm。
[0169] 在一个优选的实施例中，所述纤维水泥基复合材料，按重量份计，包括以下配制组分：水泥317-319份；粉煤灰317-319份；砂153-155份；膨胀剂0.2-0.4份；减水剂6.3-6.5份；纤维12.6-12.8份；水216-218份。
[0170] 进一步地，所述纤维水泥基复合材料，按重量份计，包括以下配制组分：水泥318份；粉煤灰318份；砂154份；膨胀剂0.3份；减水剂6.4份；纤维12.7份；水217份。
[0171] 在一个优选的实施例中，所述水泥基材料的抗拉强度ft≥10MPa，优选为ft＝10MPa。
[0172] 在一个优选的实施例中，所述水泥基材料的抗压强度fc≥30MPa，优选为fc＝30MPa。
[0173] 具体来说，所述水泥为PO42.5硅酸盐水泥。所述粉煤灰为Class F粉煤灰。所述砂为天然砂。所述膨胀剂为UEA膨胀剂。所述UEA膨胀剂为U型膨胀剂(U-type expensive agent for concrete)。所述减水剂为聚羧酸减水剂。所述纤维为PE纤维。所述PE纤维为聚乙烯纤维(polyethylene fiber)。
[0174] 在一个优选的实施例中，所述水泥基材料的延性符合公式(1)，公式(1)为：Δd≥8％，其中，Δd为混凝土抗拉试件达到承载力极限时的形变/试件受拉部分总长度。
[0175] 在一个优选的实施例中，所述水泥基材料的粒径≤4.75mm。所述水泥基材料中不含有粗骨料(粒径≥4.75mm的骨料)。
[0176] 在一个优选的实施例中，所述预制混凝土构件中预埋有伸出构件的钢筋，所述钢筋设于节点受拉处。所述节点受压处不需设置钢筋。所述钢筋为带肋钢筋。所述钢筋可达到传递拉力的目的。
[0177] 进一步地，所述钢筋的端部弯起，所述钢筋深入预制混凝土构件中的长度≥0.4la，所述钢筋的弯起长度lb≥15d，la按公式(2)进行计算，公式(2)为：
[0178] 其中，la为受拉钢筋基本锚固长度，mm；d为钢筋直径，mm；fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa；ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa。
[0179] 进一步地，所述钢筋伸出部位设有第一榫肩。所述第一榫肩加长穿节点钢筋部位的焊缝宽度，保证钢筋与焊料有更好的粘结作用。
[0180] 所述第一榫肩的长度d0按公式(3)进行计算，公式(3)为：d0＝max{5d,100mm}，其中，d为钢筋直径，mm。
[0181] 所述第一榫肩的高度h0按公式(4)进行计算，公式(4)为：h0≥2c+d，其中，h0为第一榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm。
[0182] 所述钢筋的保护层是为保证钢筋与混凝土传力充分、共同作用而设置的钢筋周围混凝土最小厚度。
[0183] 在一个优选的实施例中，相邻所述预制混凝土构件中穿节点钢筋长度按公式(5)进行计算，公式(5)为：l＝l1+dwt+l2，其中，l为穿节点钢筋长度，mm；l1为第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm；dwt为焊隙宽度，mm；l2为第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度，mm。
[0184] 进一步地，所述第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1满足在普通混凝土中的搭接长度要求。
[0185] 具体来说，所述第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1按公式(6)进行计算，公式(6)为：l1≥max{25d,400mm}，其中，d为钢筋直径，mm。
[0186] 进一步地，所述第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2满足在高性能水泥基材料中的搭接长度要求。
[0187] 具体来说，所述第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2按公式(7)进行计算，公式(7)为：l2≥max{15d,250mm}，其中，d为钢筋直径，mm。
[0188] 在一个优选的实施例中，相邻所述预制混凝土构件中，第二部分预制混凝土构件预留有钢筋孔道，所述钢筋孔道与经第一部分预制混凝土构件伸出的钢筋相匹配。即所述钢筋孔道的位置和数量与穿节点钢筋一一对应，可完全埋入经第一部分预制混凝土构件伸出的穿节点钢筋。
[0189] 进一步地，所述钢筋孔道设有第二榫肩。
[0190] 所述第二榫肩的长度d0按公式(8)进行计算，公式(8)为：d0＝max{5d,100mm}，其中，d为钢筋直径，mm。
[0191] 所述第二榫肩的高度h0按公式(9)进行计算，公式(9)为：h0≥2c+d，其中，h0为第二榫肩的高度，mm；d为钢筋直径，mm；c为保护层厚度，mm。
[0192] 进一步地，所述钢筋孔道的长度L2按公式(10)进行计算，公式(10)为：L2≥l2+a0，其中，l2为按公式(7)计算得到的第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm。
[0193] 进一步地，所述钢筋孔道的直径D按公式(11)进行计算，公式(11)为：D≥d+2a0，其中，d为钢筋直径，mm；a0为穿节点钢筋保护层厚度，mm，优选a0＝15mm。
[0194] 进一步地，所述钢筋孔道中设有垫条。所述垫条防止穿节点钢筋在重力作用下坠影响锚固效果。
[0195] 在一个优选的实施例中，所述缝隙宽度dwt，在不含有榫肩部位处按公式(12)进行计算，公式(12)为：dwt＝dwc，在含有榫肩部位处按公式(13)进行计算，公式(13)为：dwt＝dwc+2d0，其中，dwc为相邻预制混凝土构件之间预留的空间宽度，mm；d0为钢筋伸出部位的第一榫肩或钢筋孔道的第二榫肩的长度，mm。
[0196] 在一个优选的实施例中，所述缝隙高度沿截面通长设置。
[0197] 实施例1
[0198] 在工厂或工地现场生产预制混凝土构件，如图3所示，第一部分预制混凝土构件(如图1)和第二部分预制混凝土构件(如图2)均为预制混凝土梁构件。将预制混凝土构件运输、吊装到需安装的部位，将贯穿第一部分预制混凝土构件的钢筋伸入第二部分预制混凝土构件的钢筋孔道进行固定。将水泥基材料填筑至相邻预制混凝土构件的界面之间缝隙，使第一部分预制混凝土构件与第二部分预制混凝土构件进行连接后养护。其构成混凝土梁-梁节点样品1#。
[0199] 其中，第一部分预制混凝土构件和第二部分预制混凝土构件的梁截面尺寸为h×b＝500mm×200mm，节点承受弯矩、剪力，截面弯矩受力形式如图4所示，4(a)为截面构造示意图，4(b)为截面受弯承载力计算简图，4(c)为截面受弯承载力简化计算简图。预制构件中混凝土强度等级C30(fc＝14.3N·mm-2,ft＝1.43N·mm-2)，在受拉区、受压区分别设置纵向穿节点带肋钢筋，两根直径20mm，强度等级HRB400(fy＝360N·mm-2)，水泥基焊料采用纤维增强水泥基复合材料，所选材料抗拉强度为ft＝10N·mm-2，抗压强度为fc＝30N·mm-2，其设计-2 -2抗拉强度取ft1＝6.0N·mm ，设计抗压强度取fc1＝14.3N·mm 焊缝承载能力计算截面及其应力分布如图4所示。
[0200] 第一、第二榫肩长度采用公式(3)、(8)计算：d0＝max{5d,100mm}＝100mm；
[0201] 第一、第二榫肩高度采用公式(4)、(9)计算：h0≥2c+d＝70mm；
[0202] 节点缝隙宽度采用公式(16)、(18)计算：
[0203]
[0204]
[0205] 第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1采用公式(6)计算：
[0206] l1≥max{25d,400mm}＝500mm；
[0207] 第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2采用公式(7)计算：
[0208] l2≥max{15d,250mm}＝300mm；
[0209] 穿节点钢筋长度采用公式(5)计算：l＝l1+dwt+l2＝500+600+300＝1400mm；钢筋孔道长度采用公式(10)计算：L2≥l2+a0＝325mm；
[0210] 钢筋孔道直径采用公式(11)计算：D≥d+2a0＝70mm
[0211] 节点受弯承载力Mcu采用公式(14)计算：
[0212]
[0213] x＝137.44mm
[0214] Mu＝1.0×14.3×200×137.44×(465-137.44/2)＝155.77kN·m
[0215] 节点受剪承载力Vu采用公式(15)计算：
[0216]
[0217] 实施例2
[0218] 在工厂或工地现场生产预制混凝土构件，如图5所示，第一部分预制混凝土构件(如图1)为预制混凝土柱构件，第二部分预制混凝土构件(如图2)为预制混凝土梁构件。其中，预制混凝土梁构件的受拉侧伸出钢筋，将预制混凝土构件运输、吊装到需安装的部位，将贯穿第一部分预制混凝土构件的钢筋伸入第二部分预制混凝土构件的钢筋孔道进行固定。将水泥基材料填筑至相邻预制混凝土构件的界面之间缝隙，使第一部分预制混凝土构件与第二部分预制混凝土构件进行连接后养护。其构成混凝土梁-柱节点样品2#。
[0219] 其中，第一部分预制混凝土构件的柱截面尺寸为h×b＝400mm×400mm，第二部分预制混凝土构件的梁截面尺寸为h×b＝500mm×200mm，节点承受负弯矩、剪力，截面弯矩受力形式如图4所示，4(a)为截面构造示意图，4(b)为截面受弯承载力计算简图，4(c)为截面受弯承载力简化计算简图。预制构件中混凝土强度等级C30(fc＝14.3N·mm-2,ft＝1.43N·-2mm )，纵向穿节点钢筋仅设置受拉区带肋钢筋，两根直径20mm，强度等级HRB400(fy＝
360N·mm-2)，水泥基焊料采用纤维增强水泥基复合材料，所选材料抗拉强度为ft＝10N·mm-2，抗压强度为fc＝30N·mm-2，其设计抗拉强度取ft1＝6.0N·mm-2，设计抗压强度取fc1＝
14.3N·mm-2。
360N·mm-2)，水泥基焊料采用纤维增强水泥基复合材料，所选材料抗拉强度为ft＝10N·mm-2，抗压强度为fc＝30N·mm-2，其设计抗拉强度取ft1＝6.0N·mm-2，设计抗压强度取fc1＝
14.3N·mm-2。
[0220] 第一、第二榫肩长度采用公式(3)、(8)计算：d0＝max{5d,100mm}＝100mm；
[0221] 第一、第二榫肩高度采用公式(4)、(9)计算：h0≥2c+d＝70mm；
[0222] 节点缝隙宽度采用公式(16)、(18)计算：
[0223]
[0224]
[0225] 第一部分预制混凝土构件中的钢筋长度l1采用公式(6)计算：
[0226] l1≥max{25d,400mm}＝500mm；
[0227] 第二部分预制混凝土构件中的钢筋长度l2采用公式(7)计算：
[0228] l2≥max{15d,250mm}＝300mm；
[0229] 穿节点钢筋长度采用公式(5)计算：l＝l1+dwt+l2＝500+600+300＝1400mm；钢筋孔道长度采用公式(10)计算：L2≥l2+a0＝325mm；
[0230] 钢筋孔道直径采用公式(11)计算：D≥d+2a0＝70mm
[0231] 节点受弯承载力Mcu采用公式(14)计算：
[0232]
[0233] x＝193.15mm
[0234] Mu＝1.0×14.3×200×193.15×(465-193.15/2)＝203.52kN·m
[0235] 节点受剪承载力Vu采用公式(15)计算：
[0236]
[0237] 实施例3
[0238] 在工厂或工地现场生产预制混凝土构件，如图6所示，第一部分预制混凝土构件(如图1)和第二部分预制混凝土构件(如图2)均为预制混凝土柱构件。将预制混凝土构件运输、吊装到需安装的部位，将贯穿第一部分预制混凝土构件的钢筋伸入第二部分预制混凝土构件的钢筋孔道进行固定。将水泥基材料填筑至相邻预制混凝土构件的界面之间缝隙，使第一部分预制混凝土构件与第二部分预制混凝土构件进行连接后养护。其构成混凝土柱-柱节点样品3#，承受轴压力。
[0239] 其中，第一部分预制混凝土构件和第二部分预制混凝土构件的柱截面尺寸为h×b＝400mm×400mm，节点承受轴向压力，预制构件中混凝土强度等级C30(fc＝14.3N·mm-2,ft＝1.43N·mm-2)，在构件两侧分别设置纵向穿节点带肋钢筋，两根直径20mm，强度等级HRB400(fy＝360N·mm-2)，高性能水泥基焊料采用纤维增强水泥基复合材料，所选材料抗拉强度为ft＝10N·mm-2，抗压强度为fc＝30N·mm-2，其设计抗拉强度取ft1＝6.0N·mm-2，设计抗压强度取fc1＝14.3N·mm-2。
[0240] 节点受压承载力计算方法同普通钢筋混凝土的偏心受压构件，按照国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中6.2节“正截面承载力计算”中的公式6.2.17计算。
[0241] 实施例4
[0242] 将实施例1、2、3中的水泥基材料焊接节点样品1#、2#和3#进行性能测试，其测试数据如下表1所示。
[0243] 由表1可知，本发明提供的水泥基焊接混凝土节点，其承载力可以达到普通整浇混凝土节点的90％以上，按本发明提供的调控方法计算节点承载力结果偏于安全。
[0244] 表1水泥基材料焊接节点样品的测试参数
[0245]
[0246] *比值1为本发明所构造的水泥基节点测试的数值与按本发明计算方法所得值的比值
[0247] 比值2为本发明所构造的水泥基节点测试的数值与普通整浇混凝土构件测试值的比值
[0248] 所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0249] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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