基于FRP筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构的制作方法

基于frp筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于frp筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构，涉及建筑结构防震减灾领域。


背景技术：

2.我国是地震多发国家，也是世界上地震灾害最严重的国家之一。桥梁是交通生命线的枢纽工程。在地震中，桥梁的破坏将导致交通中断，影响地震灾区救援和救灾工作，而且遭受地震破坏的大型桥梁修复困难，严重影响交通运输的尽早恢复，会造成严重经济损失和不良社会影响。现有的针对桥梁柱脚防震加固的自复位系统，大多通过在混凝土内部设置无粘结预应力筋实现，无粘结预应力筋在混凝土内部使得施工难度加大，且不便于预应力筋的更换调整。
3.钢管混凝土桥墩结合了钢材和混凝土的优点，钢材具有良好的抗拉强度和延性，而混凝土材料则具有优良的抗压强度和较大的刚度，并且混凝土的存在提高了钢材的整体屈曲和局部屈曲的性能，钢管的存在对核心混凝土产生环箍效应，使得混凝土三向围压，进一步提高了混凝土的抗压强度。二者结合组成的钢管混凝土桥墩具有1 1》2的效果。柱脚是钢管混凝土桥墩与基础连接的重要节点，其连接刚度与结构和构件的稳定性能密切相关，并对结构内力和位移产生重要影响，是决定结构稳定承载力和水平抗震承载力的主要因素。在柱脚部分钢管混凝土从有到无，造成结构上的不连续，如果在这一部分处理不得当，很容易发生破坏，导致整个上部结构失效。
4.本项目采用的钢管混凝土桥墩截面形式特殊（长圆形），由于国内外现行钢管混凝土构件的有关规范规程均只规定了圆形截面和方形截面柱脚节点的构造措施，现有资料无法直接指导本项目柱脚节点的设计与施工。因此，需要根据长圆形钢管混凝土桥墩柱脚节点的承载性能，提出柱脚节点的合理构造措施，保证钢管混凝土桥墩与混凝土承台共同受力。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于frp筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于frp筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构，包括基础混凝土、端板、锚栓、抗剪螺栓、环形牛腿、上部环形钢板和长圆形钢管壁柱，长圆形钢管壁柱底部位于基础混凝土内，端板安装在长圆形钢管壁柱的下端底面，端板上环向安装有若干锚栓，长圆形钢管壁柱上安装有抗剪螺栓、环形牛腿和上部环形钢板，长圆形钢管壁柱外周侧环形牛腿与上部环形钢板之间环向设置有若干外张拉frp筋与若干耗能软钢条。
7.优选的，长圆形钢管壁柱外周侧上同轴焊接环形牛腿与上部环形钢板，上部环形钢板位于环形牛腿上方，上部环形钢板下方与环形牛腿上方均焊接有周向设置的若干切角
加劲肋，同时上部环形钢板与环形牛腿上均环向钻设有若干孔洞，孔洞均位于相邻切角加劲肋之间，且上部环形钢板与环形牛腿的孔洞一一上下对应。
8.优选的，frp筋均穿过环形牛腿与上部环形钢板间孔洞后通过frp筋锚具外张拉安装在长圆形钢管壁柱外侧。
9.优选的，耗能软钢条两端均焊接于上部环形钢板下方与环形牛腿上方焊接的周向设置的切角加劲肋上，耗能软钢条侧面均不与长圆形钢管壁柱连接，若干耗能软钢条与若干frp筋环向间隔布置。
10.优选的，环形牛腿位于基础混凝土上侧，不嵌入基础混凝土，环形牛腿的下钢板紧贴基础混凝土上表面。
11.优选的，嵌入基础混凝土内部的长圆形钢管壁柱环向设有若干抗剪螺栓，端板上部环向设有若干切角加劲肋，端板环向钻若干孔，并通过螺栓连接将锚栓连接在端板下部。
12.优选的，frp筋为cfrp筋、bfrp筋、gfrp筋、afrp筋中的一种，frp筋锚具为黏结型锚具、摩擦型锚具、夹片式锚具中的一种。
13.优选的，耗能软钢条的屈服强度小于两端所连接的切角加劲肋的屈服强度，为延性好强度低的低碳钢。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
15.1、通过设置外张拉frp筋从而实现自复位效果，起到改善结构的空间变形能力。
16.2、自复位frp筋设置在钢管混凝土的外侧柱壁上，施工方便且易于替换frp筋，frp筋相对于预应力钢筋的耐腐蚀性能更好，在浪溅区或其他恶劣环境下能更好地满足结构的耐久性要求。
17.3、通过将耗能软钢条两端焊接于下部环形牛腿和上部环形钢板间，且使耗能软钢条屈服强度小于所连接的切角加劲肋，且不与钢管壁柱连接，起到在地震作用下发生弯曲变形耗能的效果，且能弥补frp筋主要承受顺纤维方向的拉应力，不考虑frp筋的抗压性能的缺点，提高柱脚节点的延性，产生良好的滞回性能。
18.4、通过环形牛腿和柱脚端板传递预应力、在柱脚设置端板、端板下设置周向锚栓从而改善钢管柱壁至基础的传力途径，将部分轴力传至基础构件上部，避免对基础下部的冲切破坏，减小柱身剪力键的负担，增强钢管柱壁的抗剪性能，提高结构的安全性。
19.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
附图说明
20.图1为本实用新型的整体示意图。
21.图2为本实用新型的三维剖面示意图。
22.图3为本实用新型的俯视剖面图。
23.图4为图3的a-a剖视图。
24.图5为图3的b-b剖视图。
具体实施方式
25.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
26.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.如图1~5所示，本实施例提供了一种基于frp筋带环形牛腿的外张拉式钢管混凝土柱脚节点结构，包括基础混凝土12、端板9、锚栓10、抗剪螺栓8、环形牛腿7、上部环形钢板2和长圆形钢管壁柱1，长圆形钢管壁柱1底部位于基础混凝土12内，嵌入基础一定深度，端板9安装在长圆形钢管壁柱1的下端底面，端板9上环向安装有若干锚栓10，长圆形钢管壁柱1上安装有抗剪螺栓8、环形牛腿7和上部环形钢板2，长圆形钢管壁柱1外周侧环形牛腿7与上部环形钢板2之间环向设置有若干外张拉frp筋4与若干耗能软钢条5，在外力作用下起到耗能自复位效应。核心区混凝土11位于基础以上的长圆形钢管壁柱内部。填土13位于基础混凝土下方。耗能软钢条与frp筋同层布置。
29.在本实用新型实施例中，长圆形钢管壁柱1外周侧上同轴焊接环形牛腿7与上部环形钢板2，上部环形钢板2位于环形牛腿7上方，上部环形钢板2下方与环形牛腿7上方均焊接有周向设置的若干切角加劲肋6，同时上部环形钢板2与环形牛腿7上均环向钻设有若干孔洞，孔洞均位于相邻切角加劲肋6之间，且上部环形钢板2与环形牛腿7的孔洞一一上下对应。
30.在本实用新型实施例中，frp筋4均穿过环形牛腿7与上部环形钢板2间孔洞后通过frp筋锚具3外张拉安装在长圆形钢管壁柱1外侧。
31.在本实用新型实施例中，耗能软钢条5两端均焊接于上部环形钢板2下方与环形牛腿7上方焊接的周向设置的切角加劲肋6上，耗能软钢条5侧面均不与长圆形钢管壁柱1连接，若干耗能软钢条5与若干frp筋4环向间隔布置。
32.在本实用新型实施例中，环形牛腿7位于基础混凝土12上侧，不嵌入基础混凝土12，环形牛腿7的下钢板紧贴基础混凝土12上表面。
33.在本实用新型实施例中，嵌入基础混凝土12内部的长圆形钢管壁柱1环向设有若干抗剪螺栓8，用于抵抗钢管柱壁剪力，端板9上部环向设有若干切角加劲肋，端板9环向钻若干孔，并通过螺栓连接将锚栓10连接在端板9下部。
34.在本实用新型实施例中，frp筋4为cfrp（carbon fiber-reinforced polymer）筋、bfrp（basalt fiber-reinforced polymer）筋、gfrp（glass fiber-reinforced polymer）筋、afrp（aramid fiber-reinforced polymer）筋中的一种，frp筋锚具3为黏结型锚具、摩擦型锚具、夹片式锚具中的一种。
35.在本实用新型实施例中，耗能软钢条5的屈服强度小于两端所连接的切角加劲肋的屈服强度，为延性好强度低的低碳钢。从而耗能软钢条作为一种金属阻尼器，在地震作用下通过自身变形来消耗地震能量，且能提供一定抗压承载力，弥补frp筋通常只考虑其顺纤维方向的抗拉性能的缺点，提高节点的延性和滞回性能。通过环形牛腿、抗剪螺栓和端板来共同承担上部结构的轴力，相较于传统节点只通过抗剪螺栓与端板来承担轴力，更加安全合理，避免在轴力过大时发生冲切破坏，提高结构安全性与可靠性。
36.施工时，包括以下步骤：
37.1）在工厂完成长圆形钢管壁柱1、上部环形钢板2、切角加劲肋6、环形牛腿7、抗剪螺栓8、端板9、锚栓10的生产拼装；
38.2）柱脚节点整体运输到现场后，定位、浇筑基础混凝土12；
39.3）待基础混凝土凝结后，用frp筋锚具3安装frp筋，并对称张拉；
40.4）焊接耗能软钢条5；
41.5）完成上部结构安装，浇筑核心区混凝土11，完成施工。
42.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。