CN103669592A - 抗弯部件以及梁柱连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗弯部件以及梁柱连接节点，所述抗弯部件为金属制作的长方体结构，所述抗弯部件具有靠近梁端的第一侧面和靠近柱侧的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均设有安装孔；与所述第一侧面和所述第二侧面相邻的表面均设有紧固孔。上述抗弯部件可以将柱和梁间接连接在一起，在地震发生时通过首先发生塑性变形，改变结构刚度分布，吸收和耗散地震能量，使破坏集中在梁端，保护结构其他部位免遭破坏。在地震发生后能够方便、经济地更换抗弯部件，使结构恢复到原来的状态。上述抗弯部件施工简单、更换容易，节约了工程造价。本发明还公开了使用上述抗弯部件的梁柱连接节点。

Description

抗弯部件以及梁柱连接节点

技术领域

本发明涉及工程建设领域，特别是涉及一种抗弯部件以及梁柱连接节点。

背景技术

钢筋混凝土结构在建筑领域中非常常见，一般地，钢筋混凝土结构在地震中发生损伤多集中在梁端位置，当梁端发生损伤时，会存在以下问题：

梁端位置一旦损伤，伴随着梁端纵筋受拉屈服和混凝土被压溃的损坏，其修复比较困难，严重的情况下需要将整个构件进行更换，修复费用较高。

钢筋混凝土的结构刚度较大，结构在地震作用下能够吸收较大的地震能量，从而带来严重的内部损伤。钢筋混凝土结构构件由于材料的质量、施工质量和设计上的差异，导致整个塑性铰的分布和发展难以预测，严重威胁结构的安全性。

发明内容

基于此，有必要提供一种更换容易、修复费用低、安全性高的抗弯部件以及梁柱连接节点。

一种抗弯部件，用于连接梁端和柱侧，其特征在于，所述抗弯部件为金属制作的长方体结构，所述抗弯部件具有靠近梁端的第一侧面和靠近柱侧的第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均设有安装孔；

与所述第一侧面和所述第二侧面相邻的表面均设有紧固孔。

在其中一个实施例中，所述第一侧面和所述第二侧面之间还设有横梁，所述横梁垂直连接于所述第一侧面和第二侧面。

在其中一个实施例中，所述横梁位于所述第一侧面和所述第二侧面横向边缘的中点。

一种采用上述抗弯部件的梁柱连接节点，包括支撑部、用于支持所述支撑部的牛腿支座；

所述牛腿支座焊接或螺栓连接于所述抗弯部件、柱侧和支撑部；

所述支撑部焊接或螺栓连接于所述梁端。

在其中一个实施例中，还包括U形定位部件，所述抗弯部件位于所述U形定位部件内部并与所述U形定位部件匹配。

在其中一个实施例中，所述U形定位部件包括第一固定部、第二固定部和连接部，所述第一固定部与所述第二固定部平行，所述连接部位于所述第一固定部和所述第二固定部之间，所述第一固定部、第二固定部、连接部一体成型；

所述第一固定部和所述第二固定部均设置有锚栓杆，所述锚栓杆的直径与所述安装孔匹配。

在其中一个实施例中，所述牛腿支座焊接或螺栓连接于所述连接部和支撑部。即牛腿支座位于抗弯部件、U形定位部件以及支撑部的正下方，此时，牛腿支座对支撑部的支持力最大。

在其中一个实施例中，所述支撑部的宽度度大于或等于梁端的宽度。即梁端完全位于支撑部上，此时，支撑部可以更好的传递梁端受到的竖向力。

在其中一个实施例中，所述牛腿支座的宽度等于柱侧的宽度。可以使得牛腿支座将支撑部传递来的竖向力更好地传递给墙或者柱。

在其中一个实施例中，所述牛腿截面的宽度等于所述第一侧面与所述第二侧面之间的距离与所述支撑部的宽度之和。

上述抗弯部件，设置在梁端，在使用时，采用连接件将梁端和柱侧通过安装孔分别与抗弯部件连接，然后再通过紧固孔使抗弯部件与梁端和柱侧的连接稳固，从而将梁与柱通过抗弯部件间接连接在一起。抗弯部件具有抗弯能力，可以满足结构不同部位的梁端抵抗弯曲的需要。上述抗弯部件，在正常使用条件下，处于弹性工作阶段，其工作性能同一般的钢筋混凝土梁一致。当地震来临时，可以保证梁端先于柱端进入塑性，且金属材料保证了良好的塑性变形能力和耗能能力。地震过后，可以将发生严重塑性变形的抗弯部件进行更换，使结构恢复到完好状态。

上述抗弯部件有效地将梁端剪力和梁端弯矩分开传递且不发生塑性变形以满足正常使用的需要。在地震发生时通过首先发生塑性变形，改变结构刚度分布，吸收和耗散地震能量，使破坏集中在梁端，保护结构其他部位免遭破坏。在地震发生后能够方便、经济地更换抗弯部件，使结构恢复到原来的状态。上述抗弯部件施工简单、更换容易，节约了工程造价。同时，上述抗弯部件可以预测结构可能的塑性铰分布和发展路径，从而为有针对性的结构防灾减灾提供指导。

采用上述抗弯部件的梁柱连接节点，支撑部主要传递竖向力，释放水平约束和弯曲约束等来提供足够的水平变形能力和弯曲变形能力。牛腿支座将支撑部传递来的竖向内力传递给墙或柱。因此，上述梁柱连接节点将梁端和柱间接连接，既能有效传递竖向载荷，又能将梁端的水平约束和转动约束释放，使梁端具有有效的适应水平变形和转动变形的能力。上述梁柱连接节点可以解决结构各部分之间不均匀沉降对结构的破坏以及温度应力引起的结构开裂问题，可以替代结构中的沉降缝、温度缝，施工简单。

附图说明

图1为一实施方式的抗弯部件的立体结构示意图；

图2为一实施方式的抗弯部件的正视图；

图3为一实施方式的抗弯部件的俯视图；

图4为一实施方式的梁柱连接节点的正视图；

图5为一实施方式的梁柱连接节点的俯视图；

图6为一实施方式的U形定位部件的正视图；

图7为一实施方式的U形定位部件的俯视图；

图8为一实施方式的梁柱连接示意图；

图9为另一实施方式的梁柱连接示意图；

图10为一实施方式的梁柱连接节点的结构示意图的俯视图；

图11为一实施方式的梁柱连接节点的剖面图；

图12（a）为一实施方式的梁柱连接节点的水平变形结构示意图；

图12（b）为一实施方式的梁柱连接节点的水平变形结构示意图；

图13（a）为一实施方式的梁柱连接节点的弯曲变形结构示意图；

图13（b）为一实施方式的梁柱连接节点的弯曲变形结构示意图；

附图标记：

10、抗弯部件；20、梁；30、柱；40、U形定位部件；100、第一侧面；102、第二侧面；104、安装孔；106、紧固孔；108、横梁；400、第一固定部；402、第二固定部；404、连接部；406、锚栓杆；14支撑部；16牛腿支座。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1-3，一实施方式的抗弯部件10，用于连接梁20和柱30，抗弯部件10为金属制作的长方体结构，抗弯部件10具有靠近梁20的第一侧面100和靠近柱30的第二侧面102，第一侧面100和第二侧面102均设有安装孔104，与第一侧面100和第二侧面102相邻的表面均设有紧固孔106。抗弯部件10为一体成型的长方体结构，第一侧面100和第二侧面102平行，抗弯部件10其余的六个表面均设有紧固孔106。安装孔104的作用是利于柱30或者梁20通过安装孔104与抗弯部件10连接。在本实施方式中，安装孔104为锚栓杆孔，柱30或者梁20通过锚栓杆406以及锚栓杆孔与抗弯部件10连接，第一侧面100与柱30连接，第二侧面102与梁20连接，进而实现了柱30和梁20的间接连接。安装孔104的个数可以根据抗弯部件10的大小进行选择。在本实施方式中，安装孔104的个数为8个，即第一侧面100和第二侧面102各有4个。

紧固孔106的作用是方便锚栓的旋紧。在预紧锚栓时，可以从抗弯部件10表面的紧固孔106中伸入铁钳预紧，从而使得锚栓杆406与抗弯部件10连接稳固。在本实施方式中，安装孔104靠近紧固孔106，以达到方便锚栓杆406的旋紧固定的目的。可以理解的是，紧固孔106的形状可以为任意形状，只要其大小可以方便铁钳的进出即可。在本实施方式中，紧固孔106的形状为长方形，其面积略小于其所在的抗弯部件10表面的面积。

抗弯部件10的材质为金属，如铁、不锈钢等。

上述抗弯部件10，设置在梁20端，在使用时，梁20和柱30通过安装孔104分别与抗弯部件10连接，然后再通过紧固孔106使抗弯部件10与梁20和柱30的连接稳固，从而实现将梁20与柱30通过抗弯部件10间接连接在一起。抗弯部件10具有抗弯能力，可以满足结构不同部位的梁20抵抗弯曲的需要。上述抗弯部件10，在正常使用条件下，处于弹性工作阶段，其工作性能同一般的钢筋混凝土梁一致。当地震来临时，可以保证梁20端先于柱30端进入塑性，金属材料保证了良好的塑性变形能力和耗能能力，抗弯部件10按照预期屈服以耗散地震能量，降低结构整体刚度，减小结构吸收的地震能量，同时使破坏集中在抗弯部件10位置，保护其他位置免受地震损坏。地震过后，通过更换严重塑性变形的抗弯部件10，使结构恢复到完好状态。

请再参阅图3，在一实施方式中，第一侧面100和第二侧面102之间还设有横梁108，横梁108垂直连接于第一侧面100和第二侧面102。当抗弯部件10较长时，容易发生形变，在第一侧面100和第二侧面102之间设置横梁108，可以起到稳固抗弯部件10形状的作用。在本实施方式中，横梁108位于第一侧面100和第二侧面102横向边缘的中点。横梁108的端面应该与抗弯部件10的端面持平。

上述抗弯部件10可以应用于梁柱连接节点中，请参阅图4和图5，一实施方式的梁柱连接节点，包括支撑部14、用于支持支撑部14的牛腿支座16、以及上述抗弯部件10。牛腿支座16焊接或螺栓连接于抗弯部件10、柱侧和支撑部14。支撑部14焊接或螺栓连接于梁端。支撑部14传递梁端的竖向力，牛腿支座16将支撑部14传递来的竖向力传递给墙或者柱，释放了水平约束和弯曲约束来为梁端提供足够的水平变形能力和弯曲变形能力。在本实施方式中，支撑部14为Z形支撑。在其他实施方式中，支撑部14也可以为其他形状。Z形支撑位于梁端的正下方并与梁端焊接或螺栓连接，此时，梁与Z形支撑的连接类似于铰接连接，为梁柱连接节点提供了良好的转动变形能力。

上述节点在应用到结构抗震设计和结构加固设计后，能实现理想的铰接连接，提供良好的转动变形能力，改善不均匀沉降给该结构带来的内应力。上述节点还可以实现良好的水平变形能力，替代温度缝和后浇带的施工方式，并能有效地解决大体积结构的温度应力问题。上述梁柱连接节点施工方便，在不影响结构整体性的前提下，使结构具有优异的变形适应能力。

如图6和图7所示，在一实施方式中，梁柱连接节点还包括U性定位部件，抗弯部件10位于U形定位部件40内部并与U形定位部件40匹配。U形定位部件40可以保证抗弯部件10的定位，其一般是采用铸铁预制。在钢筋混凝土梁柱连接节点浇注的时候，将U形定位部件40预先埋设在梁20柱侧面，方便抗弯部件10的设置。

在本实施方式中，U形定位部件40包括平行设置的第一固定部400、第二固定部402和连接部404，第一固定部400与第二固定部402平行，连接部404位于第一固定部400和第二固定部402之间，第一固定部400、第二固定部402和连接部404一体成型；第一固定部400和第二固定部402均设置有锚栓杆406，锚栓杆406的直径与安装孔104匹配。U形定位部件40与锚栓杆406整体注模，即锚栓杆406与第一固定部400和第二固定部402固定连接。当抗弯部件10置于U形定位部件40时，锚栓杆406通过安装孔104伸入抗弯部件10内部。在本实施方式中，锚栓杆406的个数为8根，其分别通过安装孔104一端位于抗弯部件10内，另一端位于U形定位部件40外。首次浇注的时候可以将抗弯部件10与U形定位部件40组装后浇注。待混凝土浇注28天以后，或混凝土强度达到80%以上，将锚栓杆406预紧至设计的预紧力。此时锚栓杆406一端位于抗弯部件10内，另一端位于梁20内或者柱30内，实现梁20或者柱30的间接连接。锚栓杆406可以同梁面筋和底筋焊接连接，也可以直接锚固进两侧的柱30或者梁20中。锚固长度应满足锚固计算要求。

请参阅图8和图9，在实际施工中，上述梁柱连接节点既可以用于梁柱的两端，如图8；也可以用于梁柱的一端，如图9；给施工带来了很大的方便。

在一实施方式中，牛腿支座16焊接或螺栓连接于连接部404。牛腿支座16连接于连接部404，即牛腿支座16位于抗弯部件10、U形定位部件40以及支撑部14的正下方，此时，牛腿支座16对支撑部14的支持力最大。

请参阅图10，在一实施方式中，支撑部14的宽度a大于或等于梁端的宽度。支撑部14的宽度大于或等于梁端的宽度，即梁端完全位于支撑部14上，此时，支撑部14可以更好的传递梁端受到的竖向力。在本实施方式中，支撑部14的宽度a等于梁端的宽度。

请参阅图11，在一实施方式中，牛腿支座16的宽度A大于或等于柱侧的宽度。牛腿支座16的宽度A大于或等于柱侧的宽度，可以使得牛腿支座16将支撑部14传递来的竖向力更好地传递给墙或者柱。

请再次参阅图10和图11，在一实施方式中，所述牛腿截面的宽度等于第一侧面100与所述第二侧面102之间的距离L与支撑部14的宽度之和。

在本实施方式中，支撑部14的宽度a等于梁的宽度，牛腿支座16的宽度A等于柱宽，支撑部14的截面宽度b按《混凝土结构设计规范》GB50010的抗剪与局部受压情况计算确定，支撑部14净高h根据水平变形需求，按照下面水平变形公式计算确定。第一侧面100与第二侧面102之间的距离L根据水平变形需求确定。牛腿支座16截面的宽度B=L+b；牛腿截面设计按照《混凝土结构设计规范》GB50010或者《钢结构设计规范》GB50017要求按照受力情况进行设计。

如图12和图13所示，本实施方式的梁柱连接节点具有水平自由变形能力和转动自由变形能力，其中，抗弯部件10的第一侧面100和第二侧面102之间的距离L可以根据水平变形的需求进行确定和计算，计算的公式如下：

水平变形：

转动变形：

$I=\frac{1}{12}{\mathrm{ab}}^3;$

缝隙宽度：L≥δ_水平；

式中：E表示支撑部材料弹性模量；I表示截面惯性矩；F表示梁柱连接节点传递的水平内力F；M表示水平弯矩，h表示支撑部的净高度。

根据上述公式就可以计算出第一侧面100和第二侧面102之间的距离，即缝隙宽度的大小。

构造上要求L不小于《建筑抗震设计规范》GB500011对结构缝宽度的有关要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抗弯部件，其特征在于，所述抗弯部件为金属制作的长方体结构，所述抗弯部件具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面与所述第二侧面平行，所述第一侧面和所述第二侧面均设有安装孔；

与所述第一侧面和所述第二侧面相邻的表面均设有紧固孔。

2.根据权利要求1所述的抗弯部件，其特征在于，所述第一侧面和所述第二侧面之间还设有横梁，所述横梁垂直连接于所述第一侧面和所述第二侧面。

3.根据权利要求2所述的抗弯部件，其特征在于，所述横梁位于所述第一侧面和所述第二侧面横向边缘的中点。

4.一种梁柱连接节点，用于连接梁端和柱侧，其特征在于，包括支撑部、用于支持所述支撑部的牛腿支座、以及权利要求1-3任一项所述的抗弯部件；

所述牛腿支座焊接或螺栓连接于所述抗弯部件、柱侧和支撑部；

所述支撑部焊接或螺栓连接于所述梁端。

5.根据权利要求4所述的梁柱连接节点，其特征在于，还包括U形定位部件，所述抗弯部件位于所述U形定位部件内部并与所述U形定位部件匹配。

6.根据权利要求5所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述U形定位部件包括第一固定部、第二固定部和连接部，所述第一固定部与所述第二固定部平行，所述连接部位于所述第一固定部和所述第二固定部之间，所述第一固定部、第二固定部、连接部一体成型；

所述第一固定部和所述第二固定部均设置有锚栓杆，所述锚栓杆的直径与所述安装孔匹配。

7.根据权利要求4所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述牛腿支座焊接或螺栓连接于所述连接部。

8.根据权利要求4所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述支撑部的宽度度大于或等于梁端的宽度。

9.根据权利要求4所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述牛腿支座的宽度等于柱侧的宽度。

10.根据权利要求4-9任一项所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述牛腿截面的宽度等于所述第一侧面与所述第二侧面之间的距离与所述支撑部的宽度之和。

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