CN106368319B - 一种适用于装配式结构的节点连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于装配式结构的新型节点连接装置，包括连接片1，抗剪拉锚固件2，连接板3以及连接螺栓4。其特征在于连接片1交错组合并分别与连接板3固定，抗剪拉件垂直嵌入连接片，并在最外侧连接片处锚固，形成抗剪拉锚固件2，其中抗剪拉件由金属层与纤维层相互叠加而成。使得本发明具有支撑、传力、耗能、控制位移四大功能，是一种高性能节点连接装置，上述四大功能主要由本发明中的核心构件—抗剪拉锚固件2实现。

Description

一种适用于装配式结构的节点连接装置

技术领域

本发明涉及建筑领域，且特别涉及一种适用于装配式结构的新型节点连接装置，可应用于在地震多发区的装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构、装配式框架-核心筒结构。

背景技术

当前预制装配式结构，特别是预制装配式混凝土结构，为满足等同现浇的要求，保证预制装配式混凝土结构的整体性能，节点构造非常复杂，这给设计、生产、施工造成了很多困难，严重制约了建筑工业化的发展。

以现在常见的装配式混凝土结构为例，说明当前装配式结构设计、施工和使用过程中遇到的四大技术难题。

1)建筑施工时，各类预制构件需吊装装配，支撑系统必不可少。但繁杂的支撑会导致施工现场混乱，严重影响施工进度。

2)装配式混凝土结构与现浇混凝土结构相比，其节点和整体性相对较弱。为保证与现浇混凝土等强，装配式结构节点构造复杂。因此，装配式混凝土结构的传力，特别是地震作用下的荷载传递备受关注。研究表明，装配式混凝土结构在地震下的破坏多为各构件间的连接破坏，而预制构件则较少发生损坏。目前常用方法中，对节点的处理一般通过增加构造措施来提高节点的抗震能力，但与此同时则导致节点施工复杂，并且越复杂的传递路径实际上会降低传力的效率以及传力的不稳定性。

3)消能减震技术是现代结构振动控制理论应用于结构抗震设防中的一种有效方法，将其应用于装配式混凝土结构，可大大提高结构的抗震性能。但目前研发的绝大部分耗能器一般通过钢支撑与主体结构连接，支撑结构形式主要有斜杆型、人字型等，这些额外的支撑构件不但增加了耗能器安装工序和时间，而且浪费了材料；另一方面钢支撑安装于结构中虽增加了抗侧刚度，但结构中也易产生附加内力；再考虑到这样会使得建筑结构中门窗的布置受到限制，影响了结构的使用功能。

4)根据混凝土结构设计规范，针对不同的结构类型：框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等，都有相应的侧移限制，即层间位移不能过大。在静力作用下，层间位移往往可以满足规范要求。由于装配式混凝土结构节点区相对于现浇混凝土结构弱许多，且建筑层间位移的大小通常由节点区的层间位移角所决定。因此罕遇地震发生时时，装配式混凝土结构的层间位移很难保证规范要求，导致房屋倒塌。而过于复杂的节点设计和构造则会大大增加施工难度，从而严重限制建筑工业化的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种具有支撑、传力、耗能以及限制位移四大功能的适用于装配式结构的节点连接装置，使节点区受力减小，增加节点区的耗能能力，达到简化节点设计与构造的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于装配式结构的节点连接装置，其特征在于：包括第一连接板、第二连接板以及中间部，所述中间部包括第一连接片组、第二连接片组以及将所述第一连接片组与第二连接片组连接的抗剪拉锚固件，所述第一连接片组由一组平行的第一连接片构成，所述第二连接片组由一组平行的第二连接片构成，所述第一连接片一端固定在所述第一连接板上，所述第一连接片的另一端为与所述第二连接板相间隔的自由端，所述第二连接片一端固定在所述第二连接板上，所述第二连接片的另一端为与所述第一连接板相间隔的自由端，所述第一连接片和第二连接片相间布置，在所述第一连接片组和第二连接片组之间留有间隙。

所述第一连接片和第二连接片均为变厚度连接片，所述第一连接片和第二连接片的连接端厚度大于自由端厚度。

抗剪拉锚固件由抗剪拉件和限位套箍件组成，所述抗剪拉件的两端伸出外连接片部分用限位套箍件锚固，且焊接在外钢板的外侧面上。

所述抗剪拉件由金属层和纤维层叠而成，或由树脂层和纤维层叠而成。

所述抗剪拉锚固件在未发生地震时通过金属或树脂层传递荷载，在发生多遇地震时通过金属层或树脂层变形耗能，在发生罕遇地震时通过纤维层限制结构水平位移。

所述连接片为金属片或纤维复合材料片。

所述连接片形状为扇形或多边形。

在所述连接片上设置有所述抗剪拉锚固件穿过的连接孔。

本发明中的抗剪拉锚固件通过分别充分发挥金属层的抗剪作用以及纤维层的抗拉作用，实现从多遇地震作用下的抗剪件到罕遇地震作用下抗拉件的变化，使得本发明具有支撑、传力、耗能、限制位移四大功能：1)在施工阶段，该连接可为预制构件的安装提供临时支撑，预制梁在吊装时直接搁置在节点装置的连接钢板上并用螺栓进行固定，无需再设支撑，大大改善施工现场杂乱的状况和提高施工效率；2)在正常使用阶段，可通过该连接为结构提供传力，简化节点设计；3)多遇地震时，利用连接装置的耗能性能减小结构的地震反应，从而保护主体建筑不发生破坏；4)罕遇地震时，通过本发明的高性能连接装置对节点区的层间位移角进行限制，从而保证装配式结构不发生过大的水平侧移，以保证规范中“大震不倒”的抗震设计要求。

附图说明

图1为本发明示意图(以扇形连接片为例)。

图2为图1的正视图。

图3为图1的侧视图。

图4为本发明中连接片开孔位置示意图。

图5为本发明中抗剪拉锚固件结构示意图。

图6为本发明中抗剪拉件金属层与纤维叠层示意图(以金属层与纤维层叠为例)。

图7为图6的A部放大示意图。

图8为本发明中抗剪拉件静力荷载下受力分析。

图9为本发明中抗剪拉件动力荷载下受力分析。

图10为本发明四边形连接片时节点连接装置示意图。

图11为本发明实施例的节点连接装置布局示意图(以框架结构为例)。

图中编号：1为连接片；2为抗剪拉锚固件；3为连接板；4为螺栓；5为连接孔；6为抗剪拉件；7为锚固端；8为金属层或树脂层；9为纤维层；10为四边形连接片；11为框架梁；12为框架柱；13为本发明节点连接装置的安装位置，其两侧连接板，一个连接梁，另一个连接柱。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式及工作原理。附图均采用简化形式，仅用于方便说明本发明实施例。

本发明一种适用于装配式结构的新型节点连接装置如图1、图2和图3所示，包括：连接片1、抗剪拉锚固件2、连接板3以及螺栓4。其中，图示中的连接板3为两个即第一连接板和第二连接板，在每个连接板上分别连接有一组连接片，其中连接在第一连接板上的为第一连接片组，第一连接片组的连接片为4 个；连接在第二连接板上的为第二连接片组，第二连接片组的连接片也为4个。在本实施例中，连接片采用连接片，每个连接片交错组合，且相互之间留有间隙，如图2所示。进一步的，每块连接片靠近与之连接的端板一侧较厚，远离端板一侧较薄。这是因为考虑到荷载作用下，连接片与连接板连接处的弯矩最大，为了防止连接片1发生屈曲变形。从而连接片1采用变厚度连接片，且与连接板3 连接处较厚。进一步的，在每个连接片上根据抗剪拉锚固件的形状开设连接孔5，如图4所示。连接孔5沿其圆弧角度设置，且开孔长轴垂直于圆弧方向。抗剪拉锚固件2由抗剪拉件6和锚固端7组成，如图5所示。其中抗剪拉件6由金属层 8与纤维层9层层相叠而成，如图6、图7所示。金属主要抵抗连接片传来的剪力，纤维主要承受抗剪拉件变形后产生的拉力。安装时，抗剪拉件2垂直嵌入连接片，并在最外侧连接片处锚固，即在抗剪拉件2两端形成锚固端7。每块连接片1分别与两块连接板3固定相连，连接板3上设置用于安装的螺孔，通过螺栓 4与框架梁、框架柱、核心筒剪力墙连接。

以图1所示的一种适用于装配式结构的新型节点连接装置为例,通过阐述该节点装置在静力作用以及动力作用下的工作原理，特别是抗剪拉锚固件在不同荷载下所起到的作用，来说明本发明的支撑、传力、耗能、控制位移四大功能。

支撑：传统的装配式混凝土结构在施工过程中，梁下会设置很多支撑，影响施工速度。采用本实用新型的高性能的节点连接技术，梁下可以免去支撑。在施工过程中，本发明的一侧端板与框架柱或剪力墙的预埋件连接，无需设置支撑。然后吊装预制框架梁，将预制梁搁置在本发明的另一侧的端板上并用螺栓与预制梁的预埋件固定，可作为临时支撑，这样可以免去传统支撑系统，减少施工工序和时间。

传力：改变预制装配式混凝土结构梁柱、梁墙节点的内力传递途径，减小节点端部弯矩和剪力值，使装配式混凝土结构体系受力更为合理；进一步的，改变梁柱、梁墙端的设计控制截面位置，使得实现抗震设计的“强节点、弱构件”和“强剪弱弯”要求。由于本发明产生的外力相互平衡，因此对节点构件的轴向力不会产生影响。本发明的传力作用主要体现在节点连接装置承受静力作用时。由上述可知，当静力荷载传递至该新型连接装置时，全部竖向荷载与水平荷载由抗剪拉锚固件承担，其传力路径为：梁柱荷载—混凝土节点区—本发明新型节点—连接片——抗剪拉锚固件。将连接片传至抗剪拉锚固件的作用力简化为剪力Q，如图8所示。抗剪力件由金属和纤维叠层形成，其中金属层(图8虚线箭头) 主要承担连接片传来的剪力Q。

耗能：地震作用分为多遇地震作用和罕遇地震作用。地震作用下装配式混凝土结构侧移变形使得梁柱、梁墙节点区产生相对转动位移，带动新型节点连接的连接片转动。多遇地震作用下，由于抗剪拉锚固件循环剪力作用下会产生微小的剪切滞回变形，这成为保护结构节点区第一道抗震防线。此时仍主要依靠抗剪拉锚固件中的金属层(图9虚线箭头)抵抗剪力Q，从而耗散地震能量，减小结构的侧移及层间位移角，有效地保护梁柱、梁墙节点。即此时抗剪拉锚固件所起到的作用实际为抗剪件。

控制位移：罕遇地震作用下，上述连接片传至抗剪拉连接锚固件的剪力Q 很大，此时抗剪拉锚固件中金属层的抗剪承载力已不足以承担连接片传来的剪力 Q，这将导致其在循环强剪力Q作用下产生较大的剪切滞回变形，使得抗剪拉锚固件中各层金属与纤维不再是直线分布，而呈现出波浪形分布，如图9所示。此时抗剪拉锚固件中的传力路径也发生了变化。当本发明新型节点连接装置处于静力作用或多遇地震作用时，其中的抗剪拉锚固件几乎是直线型，此时抵抗连接片传来的剪力Q主要通过其中的金属层。但当罕遇地震作用下，波浪型的抗剪拉锚固件则主要通过纤维层提供的拉力的合力F(图9虚线箭头)来抵抗连接片传来的强剪力Q，即此时抗剪拉锚固件所起到的作用实际为抗拉件。在罕遇地震下，上述节点传力机制的改变则构成了节点区的第二道抗震防线。由于纤维的抗拉强度是金属抗剪强度的10倍左右，因此当抗剪拉锚固件的变形越大，纤维层所能提供的合力F(图9虚线箭头)就越大，耗能能力也越大，因此可显著控制节点区的最大位移，从而满足规范中“大震不倒”的抗震要求。

上述具体实施例是以扇形连接片1为主的。本发明中的连接片1也可以是多边形，例如四边形，如图10所示。但是通常，为了不影响建筑结构的正常使用，本发明安装在梁柱、或梁与剪力墙之间时，应当尽可能的小。在这种情况下，扇形连接片一方面可以提供更长的路径用以设置更多的抗剪拉锚固件，另一方面也可以尽可能地减少连接片面积，使得材料性能充分利用。因此一般本发明中的连接片1优先选用扇形连接片。但也有些建筑结构的抗震要求不高，例如抗震等级为6级或七级，亦或是建筑结构层高较低，不需要很多的抗剪拉锚固件就可以满足其力学性能的要求。此时本发明中的连接片可选用四边形连接片以减少连接片材料的使用，可节约材料成本和加工成本。

本发明一般安装在装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构、装配式框架- 核心筒结构中。现以装配式框架结构为例，说明本发明的安装位置。如图11中的框架结构所示，11为框架梁，12为框架柱。而本发明装置13则安装在梁、柱连接的直角区域内。

综上所述，当建筑结构节点区处于不同的受力状态以及受力大小时，本发明中的抗剪拉锚固件实际上通过分别充分发挥金属层的抗剪作用以及纤维层的抗拉作用，实现从多遇地震作用下的抗剪件到罕遇地震作用下抗拉件的变化。但无论是静力作用下的支撑、传力作用，还是在多遇地震、罕遇地震水准下实现耗能、限制位移的机制，都有效加强的预制装配式结构的节点强度，提高了建筑结构的整体性。但具体操作时，只需在预制构件制作时放置预埋件，安装时将本发明节点装置中的端板通过螺栓与预制构件连接，操作简单快速，符合装配式建筑工业化的要求。

Claims (5)

1.一种适用于装配式结构的节点连接装置，其特征在于：包括第一连接板、第二连接板以及中间部，所述中间部包括第一连接片组、第二连接片组以及将所述第一连接片组与第二连接片组连接的抗剪拉锚固件，所述第一连接片组由一组平行的第一连接片构成，所述第二连接片组由一组平行的第二连接片构成，所述第一连接片一端固定在所述第一连接板上，所述第一连接片的另一端为与所述第二连接板相间隔的自由端，所述第二连接片一端固定在所述第二连接板上，所述第二连接片的另一端为与所述第一连接板相间隔的自由端，所述第一连接片和第二连接片相间布置，在所述第一连接片和第二连接片之间留有间隙；所述抗剪拉锚固件由抗剪拉件和锚固端组成，在抗剪拉件两端形成所述锚固端；所述抗剪拉件由金属层和纤维层层叠而成，或由树脂层和纤维层层叠而成；所述抗剪拉锚固件在未发生地震时通过金属层或树脂层传递荷载，在发生多遇地震时通过金属层或树脂层变形耗能，在发生罕遇地震时通过纤维层限制结构水平位移。

2.根据权利要求1所述的节点连接装置，其特征在于：所述第一连接片和第二连接片均为变厚度连接片，所述第一连接片和第二连接片的连接端厚度大于自由端厚度。

3.根据权利要求1-2任一所述的节点连接装置，其特征在于：所述连接片为金属片或纤维复合材料片。

4.根据权利要求1-2任一所述的节点连接装置，其特征在于：所述连接片形状为扇形或多边形。

5.根据权利要求1所述的节点连接装置，其特征在于：在所述连接片上设置有所述抗剪拉锚固件穿过的连接孔。