CN106499247A - 装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 - Google Patents

Abstract

本发明提出了发明了一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其技术方案为：在装配式框架梁柱连接部位设置一种可更换耗能组件，由耗能钢棒、约束部件和连接部件组成，一端与预埋在柱内的节点锚固钢筋相连，另一端与预埋在梁内的梁端纵向钢筋相连。地震作用下，耗能钢棒先于其它构件及部件发生屈服并利用塑性滞回耗散地震能量。该种可更换耗能连接组件用于装配式框架结构预制梁柱的连接，可诱导结构在中震及大震下塑性损伤集中在耗能钢棒上，在改善结构抗震延性的同时避免梁柱构件的损伤，地震后可以通过简单更换耗能部件的方式对结构进行快速修复，使结构震后修复效率显著提高。可更换耗能连接组件的应用符合建筑工业化发展要求。

Description

装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件

技术领域

本发明属于建筑工程领域，涉及装配式混凝土框架结构，具体为一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件及其施工方法。

背景技术

近几十年来，装配式混凝土结构以其工业化生产和装配式施工的特点，越来越得到工程师的青睐，在世界范围内被广泛地应用并得到了迅猛的发展。伴随着基于性能的抗震设计理论研究的深入，人们对结构震后可修复的要求越来越高，高延性耗能元件的研究与应用受到了越来越多的关注，在美国、新西兰、日本等发达国家和地区，在装配式结构中加入延性耗能元件的做法已经日趋成熟，在结构体系中采用装配技术和耗能减震技术已经成为建筑行业未来发展的趋势之一。

连接是装配式框架安装和受力的关键，在水平力作用下，连接处产生较大的弯矩，容易在反复作用下损伤。针对这一问题，国内外专家学者提出，在装配式结构的节点处使用合适的延性耗能装置，可以诱导结构的损伤机制，使结构发挥优越的抗震性能。其中，最为典型的是Dywidag公司使用的延性连接(Dywidag Ductile Connector，DDC)。DDC构造简单，制作安装方便，耗能效果良好，造价相对低廉，目前在美国等发达国家和地区已经展开应用，特别是在加州地震区的大型装配式混凝土结构中应用较多。我国大陆地区的一些专家和学者也已经开始研究，并取得了一定的研究成果。试验表明，该种延性连接的引入大大提升了结构的抗震性能，具有优越的耗能性能。但DDC连接的耗能部件布置在柱节点区域当中，当经历地震后延性耗能部件损伤严重时，无法对其进行更换。

针对上述问题，本发明提出一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换延性耗能连接组件，是一种安装在装配式混凝土框架结构梁端的梁柱连接组件，用于承受和传递地震下框架梁端弯矩产生的上、下边缘的反复轴力，由承受轴向荷载的核心耗能钢棒、约束部件与连接部件等组成，在形式上类似于小型的屈曲约束支撑(BRB)，在功能上与前述延性连接器有异曲同工之妙，小震时，分别布置在梁上下边缘的耗能钢棒保持弹性，为梁柱连接提供抗弯刚度；中震或大震时，耗能钢棒发生受拉或受压屈服，并利用其屈服后的滞回特性耗散地震能量，减小结构的动力响应。本发明的特点是强震后能够对损伤的耗能钢棒实现更换，从而快速恢复结构功能。

发明内容

发明目的：本发明针对以上技术问题，提供一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，

该组件包括一根耗能钢棒，套设于耗能钢棒的柱向连接器，设置在耗能钢棒一端的梁向连接器，还包括位于耗能钢棒外侧的耗能钢棒约束体系，或

该组件包括数根耗能钢棒，套设于耗能钢棒的柱向连接器，设置在耗能钢棒一端且将耗能钢棒连接的梁向连接器，还包括位于耗能钢棒外侧的耗能钢棒约束体系。

该组件放置在框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒，耗能钢棒通过柱向连接器与锚固于柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋相连，且通过梁向连接器与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系；

优选的，耗能钢棒在纵向上依次划分为柱向连接段、柱向过渡段、耗能段、梁向过渡段和梁向连接段；

耗能钢棒承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段和梁向连接段的弹性承载能力大于耗能段屈服后经循环强化后的承载能力；耗能段与柱向连接段之间、耗能段与梁向连接段之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段和梁向过渡段。

优选的，耗能钢棒通过柱向连接器与锚固于柱节点区域内、伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋的端头连接；，使耗能钢棒与预制混凝土柱之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。

柱向连接器与耗能钢棒及节点锚固钢筋之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松柱向连接器，从而拆卸、更换耗能钢棒；

耗能钢棒的柱向连接段表面带有螺纹，柱向连接器为一个内表面带有螺纹的圆柱形套筒，柱向连接器的螺纹旋在耗能钢棒的螺纹上；节点锚固钢筋端头表面带有螺纹，柱向连接器的螺纹旋在节点锚固钢筋的螺纹上。

优选的，耗能钢棒通过梁向连接器与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接；，使耗能钢棒与预制混凝土梁之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。

梁向连接器与耗能钢棒及梁端纵向钢筋之间的弹性连接强度、梁端纵向钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松梁向连接器，从而拆卸、更换耗能钢棒；

梁向连接器包含以下几个部分：带有与梁端纵向钢筋数量相同的梁钢筋连接螺孔、与耗能钢棒数量相同的耗能钢棒连接孔并与梁混凝土可靠锚固的转换块，穿过耗能钢棒连接孔并与耗能钢棒相连的连接螺栓；耗能钢棒的梁向连接段拥有内表面带有螺纹的盲孔；梁端纵向钢筋和耗能钢棒分别位于转换块的两侧；端部带有螺纹的梁钢筋旋入转换块的梁钢筋连接螺孔中，并将连接螺栓穿过耗能钢棒连接孔，旋入梁向连接段的盲孔中。

优选的，耗能钢棒约束体系是一块一侧表面带有凹槽的约束钢板；约束钢板的长度略短于耗能钢棒耗能段、柱向过渡段和梁向过渡段的长度之和；凹槽的数量与耗能钢棒的数量相同，位置与耗能钢棒的位置对应；凹槽的形状与耗能钢棒相应位置的形状相合，其轮廓略大于耗能钢棒相应位置的轮廓，从而在安装完成后，约束钢板完全的扣在成排布置的耗能钢棒上。

优选的，约束钢板上还带有螺栓孔，用于将约束钢板固定于预埋在梁端混凝土中的螺栓上。

优选的，耗能钢棒的长度略小于锚固于节点锚固钢筋端头与转换块和耗能钢棒连接一侧之间的距离，转换块中耗能钢棒连接孔的直径略大于耗能钢棒连接螺栓的直径。

有益效果：

1)结构损伤集中，耗能性能良好，易于实现“强节点弱构件”的设计原则。在本发明中，由于在梁端的上、下表面附近安装了易屈服的耗能钢棒，使得地震作用下塑性行为集中在梁端，而作为主要承重构件的板、梁、柱本身不会发生塑性变形。耗能钢棒采用了与屈曲约束支撑相似的构造原则，屈服将沿耗能钢棒的耗能段全长发生，在同样的层间变形下耗能钢棒塑性应变较小，能够发挥出优良的延性和低周疲劳能力。耗能连接组件的各部件之间、耗能连接组件和结构其余部分之间进行承载能力的差异性设计，易于实现“强节点弱构件”的设计原则。

2)结构震后修复简便，修复后结构性能可得到保证。地震作用下，采用本发明连接的框架结构损伤集中在耗能钢棒上，而其它主要构件并不发生明显损伤，震后只需要去除后浇的混凝土并更换耗能钢棒即可恢复结构的功能，维修过程非常简便。这一点相对于耗能部分嵌入柱子内部的DDC组件来说是一个很大的优势，相对而言，DDC的耗能部件在震后的更换非常困难。

3)可将耗能连接组件制成标准元件，便于工业化生产与应用。本发明的耗能连接的主要部件采用圆形截面和螺纹构造，在机械制造方面可以利用成熟的工艺，便于采用工业化的方式进行生产。经理论、试验及计算分析之后，可以总结常用的规格参数，形成耗能连接组件的标准化设计和应用，对实现这种结构的工业化建造和节省震后修复时间具有突出的意义。

4)实用性强，不影响美观。本发明的耗能连接的构造设计充分考虑到实际实施阶段所需要的各种间隙和容差，便于工程应用和推广。耗能连接组件布置在梁端，耗能钢棒与梁纵向钢筋之间的传力直接，并在安装完毕后在对后浇区进行灌浆浇筑使结构成为一体，梁的外观与现浇的框架梁一致，符合传统的审美观。

附图说明

图1为耗能连接组件构成的示意图

图2为梁柱节点连接处耗能连接组件的剖面图

图3为耗能钢棒1的示意图

图4为耗能钢棒1与节点锚固钢筋连接示意图

图5为柱向连接器2示意图

图6位连接螺栓32示意图

图7为梁向连接器3的示意图

图8为约束体系4的示意图

图中有：耗能棒1，柱向连接器2，梁向连接器3，约束体系4，柱向连接段11，柱向过渡段12，耗能段13，梁向过渡段14，梁向连接段15，梁内连接块31，螺栓32，凹槽41，螺栓孔42，盲孔151，梁钢筋连接螺孔311，耗能钢棒连接螺孔312，节点锚固钢筋5，梁纵筋6，间隙7，预制混凝土柱8，预制混凝土梁9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明所针对的技术问题如下：

1)连接节点的构造是装配式混凝土框架结构抗震能力发挥的关键。装配式混凝土结构的构件一般在节点处接合，使得连接的性能在装配式混凝土结构中显得尤为重要。连接节点处是构件间内力传递的必经渠道，在强烈地震作用下，梁柱节点连接所承担的内力较大从而较易发生塑性变形，塑性损伤累积后容易失效断裂，造成结构丧失整体性。

2)节点的连接施工是装配式混凝土框架结构安装的关键问题。工业化建筑中，装配式构件在工厂制作，可以通过大量的机器生产提高劳动生产率，而现场的连接施工仍需依赖较多的人工操作来完成。节点连接的工艺是否便于操作，是否适应工业化的安装方式和快捷的安装流程，是影响工业化建筑生产效率的关键。

3)利用装配式混凝土框架结构施工工艺的特点，采用优质的耗能连接，是保证装配式混凝土框架结构抗震性能和抗震能力的关键。现浇施工工艺下，节点、连接和构件一体化成型，节点附近的钢筋和混凝土都是连续的，使得构件和节点具有相关的承载性能，而由于节点受力更加复杂，要实现强节点弱构件需采取较严格的构造要求。装配式混凝土框架结构中，节点处的连接滞后于构件的制作完成，这使得工程师有条件在连接处采取特殊的构造，采用优质的耗能连接，从而充分发挥这种结构的抗震性能，保证其抗震能力。

4)损伤构件易更换是保证结构性能易修复的关键。当前，结构性能易修复是工程结构抗震的最新要求。耗能连接通过材料的塑性滞回来耗散地震能量，而塑性的发展和累积同时带来损伤的逐步加剧，严重时会导致部件的断裂、承载能力下降，结构丧失整体性，最终导致结构在地震下倒塌。为了保证经历地震后的结构具有承受后续服役期内可能遭遇地震的抗震能力，在地震后对损伤的结构进行快速修复是最为经济的方案，而更换损伤的构件是修复结构最为彻底和完善的修复手段，因此，损伤构件易更换是保证结构性能易修复的关键。

5)装配式混凝土框架结构的连接设计应能够协调构件制作和安装过程中的误差。装配式结构的构件在工厂预先制作，然后在现场进行组装。即使在制作过程中采取各种措施保证构件的尺寸精度，制作过程中构件的尺寸误差和构件中各部件(例如钢筋)的位置误差是不可避免的。另一方面，为了保证组装的顺利进行，构件之间必须留设一定程度的间隙，才能避免组装过程中的碰撞，而这些间隙的存在也使得安装过程中构件和构件之间不可避免地存在位置误差。装配式混凝土框架结构的连接设计，必须能够方便地协调上述原因引起的误差，才能够保证传力的可靠，确保施工安装的便捷性。

本发明针对以上技术问题，提供一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件。

一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，

该组件包括一根耗能钢棒1，套设于耗能钢棒1的柱向连接器2，设置在耗能钢棒1一端的梁向连接器3，还包括位于耗能钢棒1外侧的耗能钢棒约束体系4，或

该组件包括数根耗能钢棒1，套设于耗能钢棒1的柱向连接器2，设置在耗能钢棒1一端且将耗能钢棒1连接的梁向连接器3，还包括位于耗能钢棒1外侧的耗能钢棒约束体系4。

该组件放置在框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒1，耗能钢棒1通过柱向连接器2与锚固于柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋5相连，且通过梁向连接器3与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋6的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系。

耗能钢棒1在纵向上依次划分为柱向连接段11、柱向过渡段12、耗能段13、梁向过渡段14和梁向连接段15；

耗能钢棒1承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段11和梁向连接段15的弹性承载能力大于耗能段13屈服后经循环强化后的承载能力；耗能段13与柱向连接段11之间、耗能段13与梁向连接段15之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段12和梁向过渡段14。

耗能钢棒1通过柱向连接器2与锚固于柱节点区域内、伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋的端头连接；，使耗能钢棒1与预制混凝土柱之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。

柱向连接器2与耗能钢棒1及节点锚固钢筋之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段13屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒1在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松柱向连接器2，从而拆卸、更换耗能钢棒1；

耗能钢棒1的柱向连接段11表面带有螺纹，柱向连接器2为一个内表面带有螺纹的圆柱形套筒，柱向连接器2的螺纹旋在耗能钢棒1的螺纹上；节点锚固钢筋端头表面带有螺纹，柱向连接器2的螺纹旋在节点锚固钢筋的螺纹上。

耗能钢棒1通过梁向连接器3与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接；，使耗能钢棒1与预制混凝土梁之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。

梁向连接器3与耗能钢棒1及梁端纵向钢筋之间的弹性连接强度、梁端纵向钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段13屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒1在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松梁向连接器3，从而拆卸、更换耗能钢棒1；

梁向连接器3包含以下几个部分：带有与梁端纵向钢筋数量相同的梁钢筋连接螺孔311、与耗能钢棒数量相同的耗能钢棒连接孔312并与梁混凝土可靠锚固的转换块31，穿过耗能钢棒连接孔312并与耗能钢棒1相连的连接螺栓32；耗能钢棒的梁向连接段15拥有内表面带有螺纹的盲孔151；梁端纵向钢筋和耗能钢棒1分别位于转换块31的两侧；端部带有螺纹的梁钢筋旋入转换块31的梁钢筋连接螺孔311中，并将连接螺栓32穿过耗能钢棒连接孔312，旋入梁向连接段的盲孔151中。

耗能钢棒约束体系是一块一侧表面带有凹槽41的约束钢板4；约束钢板4的长度略短于耗能钢棒耗能段13、柱向过渡段12和梁向过渡段14的长度之和；凹槽的数量与耗能钢棒的数量相同，位置与耗能钢棒的位置对应，也就是在位置上可以咬合；凹槽的形状与耗能钢棒1相应位置的形状相合，其轮廓略大于耗能钢棒1相应位置的轮廓，从而在安装完成后，约束钢板4完全的扣在成排布置的耗能钢棒1上。

约束钢板4上还带有螺栓孔42，用于将约束钢板固定于预埋在梁端混凝土中的螺栓上。

耗能钢棒1的长度略小于锚固于节点锚固钢筋端头与转换块31和耗能钢棒1连接一侧之间的距离，转换块31中耗能钢棒连接孔312的直径略大于耗能钢棒连接螺栓32的直径。

本发明的技术方案包括如下特征：

1)屈服诱导机制的实现。当所述的应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件安装在梁端的上侧和/或下侧，并传递梁柱弯矩时，耗能钢棒一端连接锚固于柱节点内的节点锚固钢筋，一端连接锚固与梁混凝土内的梁端纵向钢筋，在弯矩下承受轴向拉力或压力的作用。在本发明中，当耗能钢棒1承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段11和梁向连接段15的弹性承载能力大于耗能段13屈服后经循环强化提高后的承载能力；柱向连接器2与耗能钢棒1及节点锚固钢筋之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，大于耗能段13屈服后经循环强化提高后的承载能力；梁向连接器3与耗能钢棒1及梁端纵向钢筋之间的弹性连接强度、梁端纵向钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段13屈服后经循环强化提高后的承载能力。这就使一旦耗能钢棒1承受的轴向力超过设计确定的屈服荷载，屈服仅发生在耗能钢棒1的耗能段13范围内，而柱向连接段11、梁向连接段14、耗能钢棒1与节点锚固钢筋之间的连接、耗能钢棒与梁端纵向钢筋之间的连接以及节点锚固钢筋、梁端纵向钢筋均处于弹性范围之内。从而，在地震作用下，仅有耗能钢棒的耗能段13可能产生塑性损伤，而其余部分均可以保证完好状态。同时，通过耗能钢棒耗能段13的滞回耗能，地震输入结构的能量将被逐步耗散，从而减小地震响应。

2)损伤部件可更换的实现。本发明的构造使得在强烈地震下容易损伤的耗能钢棒1可以布置于梁柱节点以外，靠近梁端上、下表面的位置，拥有开阔的工作面，而耗能钢棒1与节点锚固钢筋之间的连接，以及耗能钢棒1与梁端纵向钢筋之间的连接，由于前述差别化承载能力的设计，在地震过程中被保护处于弹性范围之内，因此当需要更换耗能钢棒时，上述连接可以十分容易地解除，从而拆除损伤的耗能钢棒，并重新安装新的耗能钢棒，达到快速修复结构并恢复其功能的目的。

3)耗能钢棒防受压屈曲机制的实现。通过设置约束部件4的方式防止耗能钢棒在受压后的屈曲，约束部件4采用钢材制作，刚度大、强度高，在耗能钢棒1的位置具有与耗能钢棒1形状相适应的凹槽41，采用预埋在混凝土内的螺栓将其固定在预制混凝土梁端，能够充分发挥约束作用，防止耗能钢棒受压时向外、向侧向的屈曲。在此同时，耗能钢棒1向梁内部方向的屈曲将被后期填充的细石混凝土或砂浆限制所防止。为了防止约束部件4直接承受轴向压力的作用，约束部件4的长度略短于耗能钢棒耗能段13与柱向过渡段12、梁向过渡段14长度之和，并且凹槽的轮廓略大于耗能钢棒相应位置处的形状，从而约束部件4的凹槽41和耗能钢棒1之间留有很小的间隙，这一间隙也为耗能钢棒1受压过程中截面由于泊松效应引起的侧向膨胀提供空间。为了进一步减小耗能钢棒1与约束部件4之间的摩擦，还可以在耗能钢棒1的周围敷涂无粘结层。这样的构造，使耗能钢棒的受力如同一个小型的屈曲约束支撑，能够发挥稳定的耗能能力，且具有高延性。

4)各部件之间间隙协调安装过程中的各种位置误差。通过预制构件预埋件的精心设置和预制构件的精心安装，尽可能消除梁柱构件和部件之间的位置误差，保证安装的顺利进行。仍然无法避免的位置误差，通过本发明各部件之间的间隙进行协调，包括：节点锚固钢筋与梁端纵向钢筋之间可能存在的平行偏差通过耗能钢棒1的微小挠曲协调(耗能钢棒1与约束部件4之间的间隙允许微小挠曲的存在)；转换块上耗能钢棒连接孔312的直径略大于耗能钢棒连接螺栓32的直径，从而可以协调柱向连接器2与梁向连接器3之间的对中误差；耗能钢棒1的长度略短于节点锚固钢筋与转换块31之间的距离，因此安装完成后，柱钢筋的端头与耗能钢棒柱向连接段11端头之间，存在一个微小的间隙，这个间隙可以协调耗能钢棒1长度上的误差。通过上述设置的间隙系统，保证了可更换耗能连接组件安装和更换施工的可行性和方便性。

本发明的设计思想体现在以下几个方面：

1、屈服诱导机制。为解决现浇框架结构及传统的装配整体式框架结构在大震作用下结构及构件损伤分散的缺点，本发明在梁端区域设置耗能钢棒1，耗能钢棒1的拉压屈服承载能力较其它组成部件的承载力低，这样在水平地震作用下，耗能钢棒1可以先于框架其他构件及部件发生屈服并进入耗能，形成一种屈服诱导机制，从而可以保证强烈地震下，屈服仅可能发生在耗能钢棒中，而其余部位均处于弹性范围之内。在地震作用下，仅有耗能钢棒可能产生塑性损伤，而其余部分均可以保证完好状态。同时，通过耗能钢棒的滞回耗能，地震输入结构的能量将被逐步耗散，从而减小地震响应。

2、损伤部件易更换。屈服意味着损伤，耗能钢棒在地震作用下产生的反复滞回将导致损伤的累积，在遭受持续的地震后，损伤的耗能钢棒低周疲劳能力减弱，意味着在承受将来的地震作用下，它将不再具备新建结构的耗能能力，可能在地震作用的再次驱动下产生断裂，进而导致结构主要构件的破坏甚至整体倒塌。为此，地震后及时、方便地更换损伤的耗能部件是抗震修复的必须步骤。这一优势，是本发明区别于DDC的主要特色，因为DDC的耗能钢棒埋置于柱节点内部，损伤后无法将其取出，更难以更换。

3、防止耗能钢棒的受压屈曲。耗能钢棒1的作用，在于将梁纵向钢筋的轴向力传递给梁柱节点，并在强烈地震作用下屈服从而耗散地震能量。耗能钢棒1在轴向压力的作用下可能发生屈曲。特别是耗能钢棒的屈服段受压屈服的情况下，由于钢材的屈服后切线模量很低，发生屈曲的可能性特别大。在双筋混凝土梁的塑性铰中，就是由于受压钢筋的屈曲崩裂混凝土、挣脱箍筋约束，产生失稳而导致塑性铰受弯承载能力降低。为了防止耗能钢棒受压屈服后的屈曲，仅仅依靠其外缘的后浇混凝土保护层是不够的，而箍筋约束的效果并不明显。为此，本发明采用附加的约束部件4，来限制耗能钢棒向外缘或向侧向的屈曲。而约束部件4的长度略短于耗能钢板柱向过渡段12、耗能段13和梁向耗能段14长度之和，约束部件凹槽41的轮廓略大于耗能钢棒1相应位置的轮廓，使约束部件4在连接即使承受压力的时候也不直接承受轴向力，所有轴向力均由耗能钢棒1承受，保证了耗能钢棒1的滞回耗能，同时约束部件4仅起到约束耗能钢棒1的作用。

4、设置充分的间隙以保证可施工性。装配式混凝土框架的柱、梁是分步骤安装的，在安装过程中，必须存在一定的间隙以保证构件可以就位。这就导致了构件与构件之间的位置不可能像理想状态一样完美地对接，因此，作为最后安装的可更换耗能连接，必须要能够适应实际施工时可能存在的各个方向上的误差。总体上来讲，安装可更换耗能连接时的误差可能存在在以下几个方面：节点锚固钢筋与梁端纵向钢筋之间的平行误差；节点锚固钢筋的延伸线与转换块耗能钢棒连接圆孔312中心线之间的横向误差；节点锚固端头与转换块31之间距离与耗能钢棒1长度之间的长度误差。本发明通过在设计过程中在以上所述的区域预留合适的间隙系统，来保证施工的可行性。

以下以本发明的一个可实施例为例，说明本发明的具体实施方式。

本发明所提出的用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，将安装在梁的左端或右端，位于梁端的上部或下部。在本说明书中，以安装于梁左端上侧为例说明。采用此例时，梁的左侧为柱，梁高范围内柱子的区域为柱节点。

1)预制构件

在构件预制阶段，在柱节点内预埋节点锚固钢筋，其端头采用穴模留空，节点锚固钢筋伸出部分带有直螺纹。节点锚固钢筋的位置与将要安装的耗能钢棒的位置相符；

同时，端头带有螺纹的梁端纵向钢筋旋入转换块31的梁钢筋连接螺孔311中，并一起预埋在梁钢筋笼中。采用穴模在梁端部转换块31以左留出安装耗能钢棒1的空间，并确保梁柱安装就位后节点锚固钢筋端头与转换块31左侧之间的距离略大于耗能钢棒1的长度，耗能钢棒连接孔312与柱节点锚固钢筋对齐。在转换块31右侧采用穴模留出安装耗能钢棒连接螺栓32所需的空间。在约束钢板螺栓孔42相应的位置预埋约束钢板固定螺栓。

完成上述预埋后，分别浇筑梁、柱混凝土，制作预制构件。

2)梁柱安装

现场安装时，先将预制的梁柱吊装就位，调整梁的高度和水平位置使节点锚固钢筋、转换块31的耗能钢棒连接孔312对齐。

3)耗能组件安装

将柱向连接器2旋入耗能钢棒1的柱向连接段11，使其端部不突出柱向连接段11的端部。在节点锚固钢筋端头和转换块31之间放入带有柱向连接器2的耗能钢棒1，并与节点锚固钢筋的外伸端对齐，旋动柱向连接器2，使之连接节点锚固钢筋的外伸段和耗能钢棒1的柱向连接段11。然后，反转耗能钢棒1使其梁向连接段15的端部抵紧转换块31，再将耗能钢棒连接螺栓32从转换块3右部空间穿过耗能钢棒连接孔312拧入耗能钢棒梁向连接段15的盲孔151中。接着，将约束钢板4嵌入耗能钢棒1的过渡段(12和14)和耗能段13中，采用螺栓将其固定在预制混凝土梁中，确保其凹槽41扣在耗能钢棒的屈服段13和过渡段(12和14)上。最后，采用细石混凝土或砂浆填充所有预留的空间。

4)震后损伤钢棒的更换

在发生大震后，凿除预留空间中的后浇细石混凝土或砂浆，放松约束钢板4的固定螺栓，取下约束部件4，然后放松柱向连接器2、拧开耗能钢棒连接螺栓32，依次序取下损伤的耗能钢棒1；然后按照前述安装方法重新安装耗能组件，并重新将预留空间用细石混凝土或砂浆填实，结构的抗震性能得到恢复。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明，本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，

该组件包括一根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)，或

该组件包括数根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端且将耗能钢棒(1)连接的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)；

该组件放置在装配式框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒(1)，耗能钢棒(1)通过柱向连接器(2)与锚固于预制混凝土柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋(5)相连，且通过梁向连接器(3)与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋(6)的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系。

2.根据权利要求1所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)在纵向上依次划分为柱向连接段(11)、柱向过渡段(12)、耗能段(13)、梁向过渡段(14)和梁向连接段(15)；

耗能钢棒(1)承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段(11)和梁向连接段(15)的弹性承载能力大于耗能段(13)屈服后经循环强化后的承载能力；

耗能段(13)与柱向连接段(11)之间、耗能段(13)与梁向连接段(15)之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段(12)和梁向过渡段(14)。

3.根据权利要求2所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)通过柱向连接器(2)与锚固于柱节点区域内、伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋(5)的端头连接，使耗能钢棒(1)与预制混凝土柱之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能；

柱向连接器(2)与耗能钢棒(1)及节点锚固钢筋(5)之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段(13)屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒(1)在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松柱向连接器(2)，从而拆卸、更换耗能钢棒(1)；

耗能钢棒(1)的柱向连接段(11)表面带有螺纹，柱向连接器(2)为一个内表面带有螺纹的圆柱形套筒，柱向连接器(2)的螺纹旋在耗能钢棒(1)的螺纹上；节点锚固钢筋端头表面带有螺纹，柱向连接器(2)的螺纹旋在节点锚固钢筋的螺纹上。

4.根据权利要求2所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)通过梁向连接器(3)与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接；，使耗能钢棒(1)与预制混凝土梁之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能；

梁向连接器(3)与耗能钢棒(1)及梁端纵向钢筋之间的弹性连接强度、梁端纵向钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段(13)屈服后经循环强化提高后的承载能力；

耗能钢棒(1)在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松梁向连接器(3)，从而拆卸、更换耗能钢棒(1)；

梁向连接器(3)包含以下几个部分：带有与梁端纵向钢筋数量相同的梁钢筋连接螺孔(311)、与耗能钢棒数量相同的耗能钢棒连接孔(312)并与梁混凝土可靠锚固的转换块(31)，穿过耗能钢棒连接孔(312)并与耗能钢棒(1)相连的连接螺栓(32)；耗能钢棒的梁向连接段(15)拥有内表面带有螺纹的盲孔(151)；

梁端纵向钢筋和耗能钢棒(1)分别位于转换块(31)的两侧；端部带有螺纹的梁钢筋旋入转换块(31)的梁钢筋连接螺孔(311)中，并将连接螺栓(32)穿过耗能钢棒连接孔(312)，旋入梁向连接段的盲孔(151)中。

5.根据权利要求3或4所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒约束体系是一块一侧表面带有凹槽(41)的约束钢板(4)；约束钢板(4)的长度略短于耗能钢棒耗能段(13)、柱向过渡段(12)和梁向过渡段(14)的长度之和；凹槽的数量与耗能钢棒的数量相同，位置与耗能钢棒的位置对应凹槽的形状与耗能钢棒(1)相应位置的形状相合，其轮廓略大于耗能钢棒(1)相应位置的轮廓，从而在安装完成后，约束钢板(4)完全的扣在成排布置的耗能钢棒(1)上。

6.根据权利要求5所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，约束钢板(4)上还带有螺栓孔(42)，用于将约束钢板固定于预埋在梁端混凝土中的螺栓上。

7.根据权利要求6所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)的长度略小于锚固于节点锚固钢筋端头与转换块(31)和耗能钢棒(1)连接一侧之间的距离，转换块(31)中耗能钢棒连接孔(312)的直径略大于耗能钢棒连接螺栓(32)的直径。