CN103866868A - 一种梁柱钢环铰节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种梁柱钢环铰节点，包括立柱、多根横梁、套在立柱上的内钢环、套在内钢环上的外钢环、将内钢环连接在立柱上的柱钢环插销以及将外钢环连接在内钢环上的钢环间插销，内钢环以柱钢环插销为转轴转动，外钢环以钢环间插销为转轴转动，柱钢环插销的长轴和钢环间插销的长轴位于正交方向，地震时，内钢环相对于立柱和外钢环作有限度的转动，使得立柱与横梁和楼板之间发生相对运动，进而使得建筑结构的各个组成构件不产生相互牵制作用，有利于减小地震作用；另外，立柱和横梁通过有刚性的无粘结预应力钢筋相连，这些无粘结预应力钢筋在地震时产生的弹性恢复力能确保建筑结构在地震后回复到初始位置，也能减轻地震造成的结构病害。

Description

一种梁柱钢环铰节点

技术领域

本发明属于建筑结构工程领域，涉及一种梁柱连接节点。

背景技术

地震作用和风振力是建筑结构的主要控制荷载。传统建筑结构的抗震设计是通过加强各个组成构件的截面来抵抗外力作用。现代结构控制理论认为从“抗”的角度并不能有效减少建筑结构的地震作用效应，基于结构动力特性和能量分析的新型减隔震结构体系才更能有效地减小地震作用效应。

现今比较成熟的基于结构控制技术的新型结构体系有隔震结构体系和消能减震结构体系，摇摆结构体系是近年来研究热点，摇摆结构是通过“弱化”建筑结构的整体抗侧刚度来减小地震作用效应，并通过设置阻尼器等耗能装置来控制结构变形，以保证建筑结构在遭遇大地震作用时其主体结构基本完好并且便于其他部件的维修，但是实现建筑结构在地震作用下的摇摆运动和弹性回复功能尚有很多困难，目前还没有成熟的解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种不仅能够使建筑结构在地震作用下发生摇摆减震，而且能够使建筑结构在震后可发生弹性回复的梁柱钢环铰节点。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明提供了一种梁柱钢环铰节点，包括：立柱、多根横梁、套在立柱上的内钢环、套在内钢环上的外钢环、用于将内钢环连接在立柱上的柱钢环插销以及用于将外钢环连接在内钢环上的钢环间插销，内钢环以柱钢环插销为转轴作有限幅度的转动，外钢环以钢环间插销为转轴作有限幅度的转动，柱钢环插销的长轴方向和钢环间插销的长轴方向的夹角为90°，横梁通过无粘结预应力钢筋与立柱相连。

上述立柱为直四棱柱，内钢环和外钢环均为方形环，柱钢环插销贯穿立柱和内钢环相对向的两条边，内钢环的未被柱钢环插销贯穿的两条边中的任意一边均通过钢环间插销与外钢环的对应的边相连接，两根钢环间插销共轴排列。

上述横梁的数目为2～4，每根横梁均与立柱的对应侧面相连。

上述立柱和横梁均由混凝土材料浇筑而成。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

在本发明的梁柱钢环铰节点中，内钢环通过柱钢环插销与立柱相连且能够以该柱钢环插销为转轴转动，外钢环通过钢环间插销与内钢环相连且能够以该钢环间插销为转轴转动，柱钢环插销的长轴方向和钢环间插销的长轴方向的夹角为90°，因此，当地震发生时，内钢环能够分别相对于立柱和外钢环发生有限度的自由转动，使得立柱与横梁和楼板之间也发生有限度的自由相对运动，从而使相邻立柱的间距基本保持一致，进而使得建筑结构的各种组成构件不会产生大的相互牵制作用，有利于减小地震作用，最终达到减轻地震震动对建筑结构的损害的目的。

另外，立柱和横梁还通过数根有刚性的无粘结预应力钢筋相连，这些无粘结预应力钢筋在地震时发生形变而产生了弹性恢复力，能够保证建筑结构在地震后回复到初始位置，从另一个方面减轻了地震震动对建筑结构的损害。

总之，本发明提供了一种在大震作用下具有优良减震效果的免损伤结构，工程实践可行，造价相对便宜，具有很好的经济价值和社会意义。

附图说明

图1为本发明实施例中的梁柱钢环铰节点的立体图。

图2为图1所示的实施例的AA'侧剖视图。

图3为图1所示的实施例的BB'侧剖视图。

图4为本发明实施例中的内钢环的结构示意图。

图5为本发明实施例中的外钢环的结构示意图。

附图标记：

立柱1、内钢环2、柱钢环插销3、外钢环4、钢环间插销5、无粘结预应力钢筋6、横梁7和梁柱钢环铰节点8。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

本实施例提供了一种在建筑结构中使用的梁柱钢环铰节点，该梁柱钢环铰节点能够使建筑结构在发生地震时具有摇摆减震功能并在地震结束后具有自动复位功能。如图1、图2和图3所示，该梁柱钢环铰节点8包括立柱1、横梁7、内钢环2、柱钢环插销3、外钢环4、钢环间插销5和无粘结预应力钢筋6。

立柱1和横梁7均由混凝土材料浇筑成直四棱柱。四根横梁7设置在楼层的同一标高处并分别与立柱1的四个侧面通过多根无粘结预应力钢筋6相连。无粘结预应力钢筋6的一端锚固在立柱1内，另一端锚固在横梁7的远端。这些无粘结预应力钢筋6具有一定刚度，受拉时能发生变形。当建筑结构在地震作用下发生摇摆时，这些无粘结预应力钢筋6发生变形，产生弹性恢复力；当地震结束后，弹性恢复力使得建筑结构回复到初始位置，即发生复位。无粘结预应力钢筋6的截面积、位置和数量可根据实际需要计算调整，用来确定梁柱钢环铰节点8的刚度。

如图2、图3和图4所示，内钢环2为方形环，套在立柱1的外表面，并且其内表面与立柱1的外表面具有一定间隙。柱钢环插销3贯穿立柱1和内钢环2相对向的两条边将内钢环2和立柱1相连接。因为内钢环2的内表面与立柱1的外表面具有一定间隙，所以内钢环2能够以柱钢环插销3为转轴作有限幅度的转动，其转动的方向如图4的双箭头所示，其转动的幅度取决于内钢环2的没有被柱钢环插销3贯穿的两边与立柱1对应的侧面的距离。实际施工时，内钢环2的被柱钢环插销3贯穿的两边与立柱1对应的侧面的外表面可以留有间隙，也可以不留间隙。

如图2、图3和图5所示，外钢环4为方形环，套在内钢环2的外表面，其内表面与内钢环2的外表面相隔一定距离，并且外表面通过预埋件与横梁7及楼板浇筑成一个整体。内钢环2的未被柱钢环插销3贯穿的两条边中的任意一边均通过钢环间插销5与外钢环4的对应的边相连接。这两根钢环间插销共轴排列，即它们的长轴处于同一条直线上。因为外钢环4的内表面与内钢环2的外表面具有间隙，所以外钢环4能够以钢环间插销5为转轴作有限幅度的转动，其转动的方向如图5的双箭头所示，其转动的幅度取决于外钢环4的没有被钢环间插销5贯穿的两边与立柱1对应的侧面的距离。实际施工时，外钢环4的被钢环间插销5贯穿的两边与内钢环2对应边的外表面可以留有间隙，也可以不留有间隙。柱钢环插销3的长轴方向（图1的Y方向）和钢环间插销5的长轴方向（图1的X方向）所成的角度为90°（即二者位于正交方向）。本实施例中的立柱和横梁均为直四棱柱，外钢环和内钢环均为方形环，实际上，如果立柱、横梁、外钢环和内钢环为其他结构时，柱钢环插销的长轴方向和钢环间插销的长轴方向所成的角度也不限于90°，只要二者具有一定夹角即可。例如，立柱为圆柱等形状，内钢环和外钢环为圆环等形状。

本实施例中的梁柱钢环铰节点8在立柱1和横梁7及楼板之间设置了嵌套的内钢环2和外钢环4，使得内钢环2在某个方向能发生相对于立柱1的有限度的转动，同时也使得内钢环2在另外的方向能发生相对于外钢环4的有限度的转动，从而整体上形成了一种类似“万向节”的三维铰接点。采用本实施例中的梁柱钢环铰节点建成的钢筋混凝土框架的结构整体刚度比传统设计的钢筋混凝土框架小很多。当发生地震时，梁柱钢环铰节点8在地震作用下摆动，内钢环2能够随之发生分别相对于立柱1和外钢环4的转动，使得立柱1与横梁7和楼板之间实现一定限度内的三维转动，起到消震效果。该种三维转动不会产生组成构件之间的相互牵制作用，也能够使相邻立柱1之间的距离基本保持一致，能够减轻建筑结构的震动损害。另外，无粘结预应力钢筋6在地震时因为形变而产生弹性恢复力，可保证建筑结构在地震后回复到初始位置，也有利于减轻建筑结构的震动损害。

本实施例中的梁柱钢环铰节点8的施工步骤如下：

使用混凝土材料浇筑立柱1并在立柱1内预留预应力钢筋孔道、无粘结预应力钢筋和锚板，使用柱钢环插销3将内钢环2安装到立柱1上，然后使用钢环间插销5将外钢环4安装到内钢环2上，使用混凝土材料浇筑横梁7并在横梁7内预留预应力钢筋孔道、无粘结预应力钢筋和锚板，待混凝土养护强度达到设计值后张拉预应力至设计值，至此完成梁柱钢环铰节点8的施工步骤。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种梁柱钢环铰节点，包括：立柱和多根横梁，其特征在于：还包括：套在所述立柱上的内钢环、套在所述内钢环上的外钢环、用于将所述内钢环连接在所述立柱上的柱钢环插销以及用于将所述外钢环连接在所述内钢环上的钢环间插销，所述内钢环以所述柱钢环插销为转轴作有限幅度的转动，所述外钢环以所述钢环间插销为转轴作有限幅度的转动，所述柱钢环插销的长轴方向和所述钢环间插销的长轴方向的夹角为90°，所述横梁通过无粘结预应力钢筋与所述立柱相连并且与所述外钢环的外表面固定相连。

2.根据权利要求1所述的梁柱钢环铰节点，其特征在于：所述立柱为直四棱柱，所述内钢环和所述外钢环均为方形环。

3.根据权利要求2所述的梁柱钢环铰节点，其特征在于：所述柱钢环插销贯穿所述立柱和所述内钢环相对向的两条边，所述内钢环的未被所述柱钢环插销贯穿的两条边中的任意一边均通过所述钢环间插销与所述外钢环的对应的边相连接，两根钢环间插销共轴排列。

4.根据权利要求2所述的梁柱钢环铰节点，其特征在于：所述横梁的数目为2～4。

5.根据权利要求4所述的梁柱钢环铰节点，其特征在于：每根所述横梁均与所述立柱的对应侧面相连。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的梁柱钢环铰节点，其特征在于：所述立柱和所述横梁均由混凝土材料浇筑而成。

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