一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点

一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点
(一)技术领域
1.本发明涉及建筑工程领域，特别是一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点。
(二)技术背景
2.竹子是一种速生材，利用其优秀的力学性能制作而成的绿色建材对推动低碳节能的绿色建造具有重要意义。但是，作为生物质建材，天然竹材生长往往存在局部缺陷，致使其难以直接规模化应用。随着工业技术的发展，工程竹材基于胶合工艺，能够克服材料先天不足，以竹皮包裹或竹纤维缠绕形成的竹复合管能够充分发挥竹材的顺纹抗拉强度。竹结构建筑具有承载能力强、抗震性能好、外饰面美观等优点，目前正受到国内外的广泛关注与应用。
3.现代竹结构的构件连接主要依靠铁钉、齿板、剪力盘等金属连接件，需要对所有构件的连接截面进行专门精细处理，且对安装精度有较高要求。节点部位是结构建造的关键，连接处过量钻孔会大幅削弱截面尺寸，影响结构受力与传力的合理性。此外，构件连接处主要破坏模式为横纹方向受压破坏，竹材突出的顺纹强度无法得到充分发挥。
(三)

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了针对以上竹结构节点连接存在的问题，提出一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，以减少构件连接的钻孔需求，实现整体结构的高效施工，增强梁柱节点的整体性、耗能能力，并提高结构的抗震性能。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，包括竹纤维管混凝土柱和工程竹材梁；
7.所述竹纤维管混凝土柱包括竹纤维管、梁底外加强环、梁顶外加强环、内衬管和管内混凝土。所述竹纤维管包括芯管与外裹竹纤维，外裹竹纤维基于胶合工艺与芯管逐层粘结，竹纤维管的节点连接处进行开洞处理，开洞大小、形状与工程竹材梁截面尺寸一致，以便将工程竹材梁放置入节点核心区；所述梁底外加强环和梁顶外加强环，基于胶合剂与竹纤维管外侧粘结，基于胶合剂和螺栓或螺钉分别与工程竹材梁底部和顶部连接；所述内衬管布置于多节竹纤维管连接处，基于胶合剂依次与下层竹纤维管上端和上层竹纤维管下端粘接；所述管内混凝土待竹纤维管、外加强环、内衬管、工程竹材梁连接完毕后根据高度分多段浇筑振捣；所述工程竹材梁端部与外加强环连接处需根据连接方式提前加工；
8.作为优选，所述工程竹材梁可基于竹集成材或重组竹加工而成；
9.作为优选，所述工程竹材梁截面形状可根据跨度设计为矩形或工字形；
10.作为优选，所述竹纤维管内壁可提前进行粗糙面处理或胶结剪力连接件，增强与管内混凝土的粘结性能；
11.作为优选，所述外裹竹纤维为多层竹皮包裹或竹纤维缠绕，采用特殊正交异性对
称铺层；
12.作为优选，所述梁底、梁顶外加强环外伸部分与环形部分过渡处采用圆弧倒角处理；
13.作为优选，所述梁底、梁顶外加强环之间可增设加劲板，根据两根工程竹材梁纵向所呈夹角间隔45
°
或30
°
布置；
14.作为优选，所述梁底、梁顶外加强环与所述工程竹材梁连接处采用螺栓连接时，需分别在构件对应位置开孔，并采用高强螺栓连接；
15.作为优选，所述梁底、梁顶外加强环与所述工程竹材梁连接处采用螺钉连接时，需分别在构件对应位置引孔，并采用自攻螺钉连接；
16.作为优选，所述内衬管可增加纵向长度，兼作管连接处抗剪连接件；
17.作为优选，所述管内混凝土采用无收缩混凝土或加微膨胀剂；
18.作为优选，所述管内混凝土可根据承载需求布置纵向钢筋；
19.本发明专利的有益效果是，本发明能够充分发挥工程竹材抗拉强度突出的特点，基于竹纤维管约束管内混凝土，实现柱构件小截面、高承载的设计目标，与工程竹材梁组成的梁柱节点可外移塑性铰，整体结构抗震性能突出；竹纤维管质量轻，方便运输、吊装，在施工层搭接竹纤维管与工程竹材梁，仅需设置少量临时托架，大幅减少材料、运输成本；竹纤维管既可作为浇筑管内混凝土的外模板，又可作为竹纤维管混凝土柱的外饰面，优化结构、装修工程施工工艺，显著提升现场施工效率。
(四)附图说明
20.图1为本发明的装配式组合框架梁柱节点示意图。
21.图2为本发明的梁柱节点构件螺栓连接装配示意图。
22.图3为本发明的梁柱节点构件螺钉连接装配示意图。
23.图4为本发明的竹纤维管制作示意图。
24.图5为本发明的多节竹纤维管连接示意图。
25.其中有，1-竹纤维管混凝土柱；2-工程竹材梁；3-竹纤维管；4-梁底外加强环；5-梁顶外加强环；6-内衬管；7-管内混凝土；8-芯管；9-外裹竹纤维；10-开洞；11-圆弧倒角；12-下层竹纤维管；13-上层竹纤维管；14-加劲板；15-螺栓；16-螺帽；17-钻孔；18-螺钉；19-引孔。
(五)具体实施方式
26.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
27.如图1～3所示，本发明提供一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，包括竹纤维管混凝土柱1和工程竹材梁2，竹纤维管3和工程竹材梁2分别运输至现场，吊装至施工层拼装。装配前，在沿工程竹材梁2纵向三等分点或跨中处设置临时托架，将梁底外加强环4套入竹纤维管3。然后将工程竹材梁2端部从竹纤维管预留开洞10处放置入管内，根据竹纤维管3管径选择插入深度50mm～150mm。紧接着将梁顶外加强环5套入竹纤维管3，梁底外加强环4上侧和梁顶外加强环5下侧分别于工程竹材梁2的底面与顶面胶结，其内侧
与竹纤维管3外壁胶结。将螺栓15穿入梁端钻孔17与螺帽16连接，钻孔直径比螺杆直径大1.0mm～1.5mm；或将螺钉18从引孔19处打入梁端，引孔直径比螺钉标准径大1.0mm～2.0mm，对于重组竹材，引孔直径可扩大1.0mm；最终，免模板直接浇筑管内混凝土7，并进行养护。
28.所述竹纤维管3包括芯管8和外裹竹纤维9，芯管内径不大于600mm，包裹竹纤维前，首先清洗芯管8外壁，去除其表面粉尘。外裹竹纤维9逐层包裹或缠绕芯管8，基于胶合剂形成粘结，从承载计算角度出发，外裹方式建议特殊正交异性对称铺层，当采用其他外裹方式时应通过试验确定其承载能力。当采用竹皮包裹芯管8时，确保同层竹皮包裹不重叠；当采用竹纤维缠绕时，确保缠绕密度均匀。
29.所述竹纤维管3需要上下层连接时，下层竹纤维管12上端内壁和上层竹纤维管13下端内壁分别与内衬管6外壁胶结，上下层竹纤维管连接位置宜设置在高于层高1000mm～1300mm处，内衬管6外径比上下层竹纤维管内径小2.0mm。内衬管6仅作为衬管使用时，高度不小于50mm；兼作抗剪连接件时，高度不小于100mm。
30.所述梁底、梁顶外加强环4和5材质与工程竹材梁2材质相同，外伸与梁连接长度不小于300mm，沿梁纵向布置螺栓或螺钉不少于3列，沿梁横向不少于2排，与环板连接处设置圆弧倒角，倒角半径不小于20mm，外加强环内外径差不小于梁宽，厚度不小于矩形梁梁高的1/10或工字形梁翼缘厚度。根据承载需要，可在环板之间增设加劲板14，其下侧、上侧和里侧分别与梁底外加强环4、梁顶外加强环5和竹纤维管3外壁胶结。
31.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，包括竹纤维管混凝土柱(1)和工程竹材梁(2)，其特征在于：运输、吊装阶段暂不浇筑管内混凝土(7)，装配阶段依次安装竹纤维管(3)、梁底外加强环(4)、工程竹材梁(2)和梁顶外加强环(5)，工程竹材梁(2)端部伸入竹纤维管(3)的开洞(10)，梁底、梁顶外加强环(4)、(5)分别与工程竹材梁(2)和竹纤维管(3)胶结，并通过螺栓(15)或螺钉(18)与工程竹材梁(2)连接，浇筑管内混凝土(7)、养护直至结构成型。2.根据权利要求1所述的一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，其特征在于：工程竹材梁(2)端部插入竹纤维管(3)深度根据其管径确定，插入深度50mm～150mm。3.根据权利要求1所述的一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，其特征在于：现场施工在沿工程竹材梁(2)纵向三等分点或跨中处设置临时托架，浇筑管内混凝土(7)时无需另外设置模板，工程竹材梁(2)和竹纤维管(3)可直接作为建筑外饰面。4.根据权利要求1所述的一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，其特征在于：采用螺栓(15)连接时，钻孔(17)直径比螺杆直径大1.0mm～1.5mm；采用螺钉(18)连接时，引孔(19)直径比螺钉标准径大1.0mm～2.0mm，对于重组竹材，引孔直径可扩大1.0mm。5.根据权利要求1所述的一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，其特征在于：竹纤维管(3)包括芯管(8)和外裹竹纤维(9)，芯管内径不大于600mm，胶结前，需先清洗芯管(8)外壁，再逐层包裹或缠绕外裹竹纤维(9)。6.根据权利要求5所述的竹纤维管(3)，其特征在于：当采用竹皮包裹芯管(8)时，同层竹皮包裹不重叠；当采用竹纤维缠绕时，缠绕密度均匀。7.根据权利要求5所述的竹纤维管(3)，其特征在于：下层竹纤维管(12)和上层竹纤维管(13)通过内衬管(6)胶结，连接位置设置在高于层高1000mm～1300mm处，内衬管(6)外径比下、上层竹纤维管(12)(13)内径小2.0mm。8.根据权利要求7所述的内衬管(6)，其特征在于：仅作为衬管使用时，高度不小于50mm；兼作抗剪连接件时，高度不小于100mm。9.根据权利要求1所述的梁底、梁顶外加强环(4)(5)，其特征在于：与工程竹材梁(2)材质相同，设置外伸段与工程竹材梁(2)连接，外伸段与环板之间设置圆弧倒角(11)过渡，可根据承载需要设置加劲板(14)。

技术总结
本发明公开了一种基于竹纤维管混凝土柱的装配式组合框架梁柱节点，所述的装配式组合框架梁柱节点包括竹纤维管混凝土柱和工程竹材梁；现场拼装时，将工程竹材梁放置入竹纤维管开洞处，外加强环分别与竹纤维管和工程竹材梁胶结，并通过螺栓或螺钉与梁连接，最终进行管内混凝土浇筑，结构成型。本发明组成新型梁柱节点的预制构件质量轻，方便运输、吊装，现场装配仅需设置少量托架，无需搭设模板及装修构件外饰面，施工速度快、效率高。所述工程竹材梁承受荷载直接通过梁端与外加强环分别传给管内混凝土和竹纤维管，优化梁柱节点传力路径，实现构件小截面、高承载的设计，梁端螺栓或螺钉的屈服可外移塑性铰，耗能能力强。该节点适合竹区及邻近区域城乡建设，可规模化推广应用。用。用。


技术研发人员：林煜 王毅飞 魏洋 丁明珉
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/18