CN103898985A

CN103898985A - 一种梁柱球铰节点

Info

Publication number: CN103898985A
Application number: CN201410060343.7A
Authority: CN
Inventors: 鲁亮; 吕西林
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: CN103898985B

Abstract

本发明提供一种梁柱球铰节点，包括：立柱、若干根横梁、设置在立柱内的球头以及若干根分别与球头和横梁固定连接的钢臂，立柱内设有与球头的形状相配合的球座和若干个用于容纳钢臂的容纳部，球头的转动中心位于立柱的形心线上，球头的凸起高度大于球座的凹陷深度，容纳部的内表面与钢臂的外表面具有一定间隙，地震时，球头在球座内转动，使得立柱与横梁和楼板之间发生相对运动，并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

一种梁柱球铰节点

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其他部件方便维修，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耗能减震，而且能够使建筑结构在震后可发生弹性回复的梁柱球铰节点。

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球铰节点，包括：立柱、若干根横梁、设置在立柱内的球头以及若干根分别与球头和横梁固定连接的钢臂，立柱内设有与球头的形状相配合的球座和若干个用于容纳钢臂的容纳部，球头的转动中心位于立柱的不同横截面的形心连线所构成的形心线上，球头的凸起高度大于球座的凹陷深度，容纳部的内表面与钢臂的外表面具有一定间隙，横梁通过无粘结预应力钢筋与立柱相连。

上述立柱和横梁为直四棱柱，横梁的数目为2～4，每根横梁均与立柱对应的侧面相连。

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：

在本发明的梁柱球铰节点中，球头的转动中心位于立柱的形心线上并通过四根钢臂分别与立柱周围的四根横梁相连，球头的凸起高度大于球座的凹陷深度并且容纳部的内表面与钢臂的外表面之间具有一定间隙，因此，当地震发生时，球头能够在球座内有限度地转动，使得立柱和横梁及楼板之间可以有限度地自由转动，从而使得建筑结构的各个组成构件不会产生相互牵制作用，有利于使相邻立柱的间距基本保持一致，从而减轻建筑结构的震动损害。

另外，立柱和横梁还通过数根无粘结预应力钢筋相连，这些无粘结预应力钢筋在地震时所产生的弹性恢复力能够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。

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球铰节点的立体图。

图2为图1所示实施例的水平剖面图。

图3为图1所示实施例的竖直剖面图。

图4为图1所示实施例的AA'侧剖视图。

图5为本发明实施例中的球头和球座的安装示意图。

图6为本发明实施例中的钢臂和立柱的空间位置示意图。

附图标记：

立柱1、横梁2、无粘结预应力钢筋3、球头4、梁柱球铰节点5、钢臂6、球座7、容纳部8和间隙9。

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球铰节点，该梁柱球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和图2所示，该梁柱球铰节点5包括立柱1、横梁2、无粘结预应力钢筋3和球铰结构。

立柱1和横梁7均由混凝土材料浇筑成直四棱柱。横梁7有四根，它们均设置在楼层的同一高度位置处并分别与立柱1的四个侧面通过多根无粘结预应力钢筋6相连。这些无粘结预应力钢筋6具有一定刚度，其一端锚固在立柱1内，另一端锚固在横梁7的远端。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，从而产生弹性恢复力，以保证建筑结构在地震后回复到初始位置。无粘结预应力钢筋6的截面积、位置和数量可计算调整，用来确定梁柱球铰节点5的刚度。

如图2和图3所示，立柱1在浇筑成型时预留有向下凹陷的半球形球座7，用于放置半球形的球头4。如图4和图5所示，球头4的曲面形状和球座7的曲面形状相匹配，故球头4能够在球座7内自由转动。球头4的凸起高度H₁大于球座7的凹陷深度H₂。当球头4放置于球座7上时，球座7的位置必须保证球头4的转动中心正好位于立柱1的不同横截面的形心（Centre of figure）连线所构成的形心线（即图4中的BB'线）上。立柱1在浇筑时还预留有与横梁2的数目一致的容纳部8。这些容纳部8从球座7处朝向对应的横梁2延伸。球头4还通过四根刚性钢臂6分别与对应的四根横梁2相连。每个容纳部8内都放置有对应的钢臂6。如图6所示，容纳部8的内表面与钢臂6的外表面之间具有一定间隙，间隙的大小决定了球头4在球座7内自由转动的幅度。球头4、球座7、容纳部8和钢臂6共同构成球铰结构，能够保证在地震时立柱1和横梁2之间能发生有限的相对位移，从而使建筑结构可以进行有限度的摇摆运动，在一定程度上起到消震作用。

本实施例中的梁柱球铰节点5在立柱1内预留了用于安装球头4的球座7和用于安放钢臂6的容纳部8，球头4和球座7的曲面形状相匹配并且容纳部8与钢臂6之间留有空隙，因此，球头4能够在球座7内作有限度的自由转动，并使得横梁2能够相对于立柱2作三维摆动。当发生地震时，球头4的转动使得各根横梁2也随之发生分别相对于立柱1的三维运动，起到了消震效果。该种运动不会产生组成构件之间的相互牵制作用，能够使立柱1和横梁2及楼板之间进行有限而自由的相对位置变动，也能够使相邻立柱1之间的距离基本保持一致，从而减轻建筑结构的震动损害。另外，无粘结预应力钢筋6能够产生弹性恢复力，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。

本实施例中的梁柱球铰节点5的施工步骤如下：

使用混凝土材料浇筑立柱1，在立柱1内预留预应力钢筋孔道、无粘结预应力钢筋、锚板、球座7和容纳部8并在预定标高处预埋球头4和安放刚性钢臂6，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，至此完成梁柱球铰节点5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

1.一种梁柱球铰节点，包括：立柱和若干根横梁，其特征在于：还包括：设置在所述立柱内的球头以及若干根分别与所述球头和所述横梁固定连接的钢臂，所述立柱内设有与所述球头的形状相配合的球座和若干个用于容纳所述钢臂的容纳部，所述球头的转动中心位于所述立柱的不同横截面的形心连线所构成的形心线上，所述球头的凸起高度大于所述球座的凹陷深度，所述容纳部的内表面与所述钢臂的外表面之间具有间隙，所述横梁通过无粘结预应力钢筋与所述立柱相连。

2.根据权利要求1所述的梁柱球铰节点，其特征在于：所述立柱和所述横梁为直四棱柱。

3.根据权利要求2所述的梁柱球铰节点，其特征在于：所述横梁的数目为2～4。

4.根据权利要求3所述的梁柱球铰节点，其特征在于：每根所述横梁均与所述立柱对应的侧面相连。

5.根据权利要求1至4中任意一种所述的梁柱球铰节点，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。