一种预制组合梁柱节点构件 技术领域 本发明涉及的是一种采用钢筋增强的纤维水泥基复合材料 (ECC) 预制梁柱节点 构件， 属于新型受力构件， 主要用于地震高设防区用以替代传统的现浇钢筋混凝土节点。
背景技术 ECC(engineered cementitious composites， 工程用纤维水泥基复合材料 ) 是一 种以水泥和细沙为填料， 然后加入合成纤维形成的新型水泥基复合材料。大量的物理和力 学性能的研究成果表明， ECC 材料不但具有超高的韧性， 而且有较强的能量吸收能力。 并且， 试验已经证实， 该材料的极限拉应变值大约为普通的混凝土材料的 100 ～ 300 倍左右， 为钢 筋的 5 ～ 10 倍左右， 其值可以超过 3％， 这为解决混凝土开裂问题提供了新的思路。
框架结构的梁柱边节点及附近区域在地震作用下要承受很大的内力， 汶川地震中 大量建筑物都是因为梁柱端塑性铰或者节点核心区的破坏而损毁， 而且一般结构 ( 框架、 剪力墙结构等 ) 为了实现 “强柱弱梁” 、 “强剪弱弯” 和 “强节点” 的抗震设计概念和要求， 在 混凝土梁、 柱及其梁柱节点处都配置了致密的箍筋， 防止梁柱的剪切破坏， 但是致密的箍筋 给现场施工带来了极大的困难， 容易造成节点或者关键部位混凝土振捣不密实， 带来安全 隐患。
另外， 在实际施工过程中， 预制节点与相邻构件之间钢筋常常是以焊接形式连接 的， 由于钢筋端部形状不规则， 两接头不易对齐， 而且对焊时钢筋头缺乏稳定的支撑定位， 导致焊接点质量常常无法保证， 成为结构的薄弱点。
发明内容 技术问题 ： 本发明提供了一种可提高建筑结构尤其是边节点区域延性和耗能性 能， 从而实现结构抗震性能提高的预制组合梁柱节点构件。
技术方案 ： 本发明的一种预制组合梁柱节点构件， 包括相交叉的横梁和立柱， 所述 横梁和立柱均由工程用纤维水泥基复合材料、 纵筋和箍筋组成， 横梁与立柱交叉重合的矩 形区域的横向宽度为 A， 纵向高度为 B ；
所述横梁的横向宽度为 2B+A， ， 纵向高度为 B， 所述纵筋贯穿横梁全长并伸出两个 梁端 10cm ～ 15cm ；
所述立柱的纵向高度为 2A+B， 纵筋贯穿立柱全长并伸出两个柱端长度 10cm ～ 15cm。
本发明中， 横梁和立柱的端部均固定有角铁， 所述角铁与钢筋焊接， 角铁伸进横梁 和立柱内的长度均为 10 ～ 15cm， 超出纵筋端部的长度为 10 ～ 15cm。
本发明考虑到框架结构各区域的受力特点， 在节点核心区及附近区域运用 ECC 材 料， 设计出框架用预制梁柱节点， 最终与钢筋共同形成 R/ECC 组合构件。
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 ：
1. 节点核心区及附近区域为地震作用下受力的主要部位， 主要承担了吸收和耗散
地震能量的作用， 采用 ECC 材料后构件表现出了较高的延性和良好耗能性能， 在对具有完 全相同配筋率的传统钢筋混凝土梁柱边节点和 R/ECC 组合梁柱节点进行实验比较中， 本发 明的各项抗震指标均表现出明显优势， 图 2 表示的是 R/ECC 组合节点和普通 RC 节点在低 周循环荷载下的骨架曲线， R/ECC 组合节点比普通 RC 节点的极限承载力提高了 20％， 破坏 时位移提高 15％， 由骨架曲线可以看出 R/ECC 组合节点在到达极限荷载之后， 承载能力并 未迅速下降， 而是有更长更平稳的下降段， 这是由于 ECC 材料具有高韧性， 能抑制裂缝的开 展， 保证节点在屈服以后仍具有较大的承载力和变形能力。
2. 节点在地震中是吸收地震能量的主要部位， 因此节点的耗能性能将直接影响结 构的抗震性能。如图 3 曲线表示的是在受到地震循环荷载作用时， 两种节点的累积耗能比 较， R/ECC 组合节点在地震作用下吸收的地震能量是普通 RC 节点的数倍， 充分说明了 R/ECC 组合节点高延性、 高耗能的特点。
3. 如图 4 为两种组合节点在地震作用下的环线刚度变化曲线， 实验结构的刚度退 化可以取同一级变形下的环线刚度来表示， 由图可知采用 ECC 材料的节点刚度要明显强于 普通混凝土节点， 且在循环加载的后期曲线下降较为平缓， 这就说明 ECC 材料通过限制节 点裂缝和延缓刚度衰减使得节点后期的强度退化也得以滞后， 让节点在更大的变形下保持 应有的承载力， 从而提高节点的延性。
4. 实验研究显示， 钢筋混凝土节点在低周循环荷载作用下最终达到了节点破坏， 而具有同样配筋率的 R/ECC 节点则最终表现为梁端破坏， 达到了抗震规范所要求的 “强节 点” 和梁端破坏形式。R/ECC 组合节点在节点核心区内， 使用比钢筋混凝土节点更少的箍筋 就可以满足抗震规范要求， 这说明了 ECC 材料在节点核心区实现了和节点箍筋共同抗剪， 相当程度上已经取代了箍筋的作用， 使用更少的箍筋则可以有效地解决节点区箍筋过密的 施工难题。
5. 在施工过程中， 钢筋之间的焊接点质量常常无法保证， 成为结构的薄弱点。 本发 明在梁和柱末端钢筋接头处焊接了三角铁， 钢筋可视为搁在三角铁上， 这样就提高了与相 邻钢筋对焊时的稳定性和牢固性， 保证了此处的刚度和焊接质量。
6. 梁和柱端截面形成的波纹形状增大了接触面积， 将有助于施工过程中与相邻构 件的结合， 避免此处成为受力的薄弱区域。
7. 预制 ECC 节点作为框架结构的关键部位， 与现浇的钢筋混凝土节点比较， 在制 作过程中质量更容易得到控制和保证， 解决了现浇节点处施工时钢筋网密集， 混凝土浇筑 不实的难题， 节点部分整体性好。在安装时， 与周围的现浇混凝土又能很好的连接， 共同受 力。另外， 采用这种预制构件可以节约钢筋和模板， 满足节能环保的发展趋势。
8. 因为受到 ECC 材料中纤维的桥联作用， 结构在较低荷载等级作用下时， 表现为 多裂缝开展， 且裂缝宽度极小， 在节点呈现细密网状， 始终未出现主裂缝， 应用在实际工程 中后， 当 R/ECC 组合节点在受到较低烈度地震作用时， 核心区及其附近区域的裂缝宽度要 明显小于普通钢筋混凝土节点， 几乎为肉眼所不能见， 因此在震后无需修补即可继续使用。
9. 本发明还将 ECC 这种材料的运用扩展到了近核心区的梁端和柱端塑性铰区， 在 地震作用下， 这些区域受到较大的弯矩， 裂缝首先是在此处出现、 发展， 最终当某条主裂缝 扩展至一定宽度时， 承载力迅速降低， 构件失效破坏。在这一区域， ECC 材料的微裂缝开展 特点将得以发挥， 这将延缓主裂缝出现时间， 延长构件在较高承载力下工作的时间， 提高结构整体的延性及耗能性能。
10.ECC 材料中 70％以上是粉煤灰， 主要来源于火力发电厂煤燃烧后的废渣， 因此 所以说 ECC 材料是一种环境友好型材料， 其浇筑而成的预制件也是对粉煤灰的废物利用， 在保证构件优越的性能的同时到达对自然资源的可重复利用。 附图说明 图 1 为本发明的剖视图 ；
图 2 为本发明的侧面剖视图， 图中 a 为角铁伸进横梁内的长度， b 为纵筋贯穿横梁 后伸出柱端的长度， c 为角铁超出纵筋部的长度 ；
图 3 为本发明的横梁和立柱的端部截面图 ；
图 4 为本发明和普通钢筋混凝土节点的骨架曲线对比图 ；
图 5 为本发明和普通钢筋混凝土节点的累计耗能曲线对比图 ；
图 6 为本发明和普通钢筋混凝土节点的环线刚度曲线对比图。
图中有 ： 横梁 1， 立柱 2， 纵筋 3， 箍筋 4， 角铁 5。
具体实施方式 本发明的预制组合梁柱节点构件， 包括相交叉的横梁 1 和立柱 2， 所述横梁 1 和立 柱 2 均由 ECC 材料、 纵筋 3 和箍筋 4 组成， 横梁 1 与立柱 2 交叉重合的矩形区域的横向宽度 为 A， 纵向高度为 B ； 横梁 1 的横向宽度为 2B+A， ， 纵向高度为 B， 所述纵筋 3 贯穿横梁 1 全长 并伸出两个梁端 10cm ～ 15cm ； 立柱 2 的纵向高度为 2A+B， 纵筋 3 贯穿立柱 2 全长并伸出两 个柱端长度 10cm ～ 15cm。
本发明中， 横梁 1 和立柱 2 的端部均固定有角铁 5， 所述角铁 5 与钢筋 3 焊接， 角铁 5 伸进横梁 1 和立柱 2 内的长度均为 10 ～ 15cm， 超出纵筋 3 端部的长度为 10 ～ 15cm。
本发明预制组合梁柱节点构件的制备过程为 ：
1. 根据设计要求确定 A 和 B 的取值大小， 制作模具， 绑扎好钢筋， 使钢筋伸出模具 端部长度为 b， 然后在钢筋端部焊接三角铁， 三角铁深入模具长度为 a， 要超出钢筋头长度 为 c。
2. 在模具中横梁和立柱端部插入波纹板， 并使三角铁穿出波纹板的长度为 b+c， 然后浇入 ECC 材料， 并小心振捣， 终凝以后拆掉波纹板， 养护 28 天后即可形成预制件。
建筑施工的实际安装工程中， 两个本发明的预制组合梁柱节点构件之间用钢筋连 接安装， 在两个预制组合梁柱节点构件的端部， 纵筋 3 的端头均与钢筋紧密焊接， 伸入的钢 筋同时也与角铁紧密焊接， 然后在两个预制组合梁柱节点构件的连接段现浇普通混凝土， 直至成型。