CN106836487B - 全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，包括：钢柱为一具有纵向“C”型槽的柱型钢；钢梁的一端通过第一紧固件可拆卸的连接至钢柱的“C”型槽的开口内，且钢梁的一端的端面与钢柱的“C”型槽的内侧壁不接触；多个斜杆每两个一组呈交叉状设置在钢梁上，多个斜杆和中钢梁分设在钢梁的两侧，任一组呈交叉状设置的斜杆的中部交叉处通过螺栓固定连接；托座设置在钢柱和钢梁的连接处，托座为三角形结构钢板，托座的两个腰分别固定连接至所述钢柱的“C”形开口的翼缘上和所述钢梁的上翼缘或者下翼缘上。本发明提供的一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点抗震性能好，可用于工厂和现场同时施工，加快施工进度。

Description

全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点

技术领域

本发明涉及土木工程领域结构工程学科中结构控制研究方向中的抗震节点构件，具体涉及一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点。

背景技术

框架结构是建筑工程中最常用的结构形式之一，根据建筑材料的不同框架结构通常分为钢筋混凝土框架结构、钢骨混凝土框架结构和钢结构框架结构。框架节点是有效连接框架梁、柱构件，使其二者共同工作的重要部分，在传递和分配内力、保证结构的整体性和延性等方面起着重要的作用。合理的设计节点可以有效的耗散地震能量，防止结构整体倒塌。节点抗震性能的好坏直接关系到整个结构的抗震性能，框架节点是框架结构设计的关键技术。

钢骨混凝土结构是一种内配型钢的组合结构，由于该结构综合了钢筋混凝土结构和钢结构各自的优点，具有承载力高、刚度大、结构延性好、耗能能力强、防锈、抗火、结构变形小等显著优点，得到广大研究学者的高度关注，已成为结构工程领域重要研究方向，并在世界各国得到了越来越广泛的重视和应用。

对于钢骨混凝土结构的研究，国外许多学者对钢骨混凝土结构抗震性能进行了大量的低周反复和拟动力试验，对结构抗震性能、破坏模式、延性、耗能能力及设计方法等进行了深入研究，取得了一系列的研究成果，各国制定了相应的钢骨混凝土设计条款或规范，并在建筑工程和桥梁工程中得到广泛应用。随着型钢混凝土构件研究的深入及计算理论的逐步成熟，以钢骨混凝土构件为主要承重构件的新型结构体系层出不穷，型钢混凝土的研究也逐步由构件转向体系，由单一型钢混凝土体系的研究转向型钢混凝土与钢筋混凝土、钢及预应力技术相组合所产生的新型结构体系的研究。各国正大量将型钢混凝土与钢筋混凝土结构构件组合起来应用于高层建筑中，从而形成以钢-混凝土组合构件为主要承重构件的新型结构体系。

钢骨混凝土结构中，目前常用的实腹式钢骨混凝土结构尽管具有承载能力高、结构刚度大、结构延性好、耗能能力强、结构变形小等显著优点。但结构用钢量大，钢骨与混凝土粘结力较差，需要增加专门的锚栓提高钢骨与混凝土的粘结性能，实腹式钢骨混凝土框架结构节点由于钢筋无法穿过，节点构造和施工都比较复杂。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种抗震性能好、可用于工厂和现场同时施工，加快施工进度的一种带耗能结构的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，包括：

钢柱，其为一具有纵向“C”型槽的柱型钢；多组螺纹孔，其等距设置在“C”型槽的内侧壁上；

钢梁，其一端通过第一紧固件可拆卸的连接至所述钢柱的“C”型槽的开口内，且所述钢梁的一端的端面与所述钢柱的“C”型槽的内侧壁不接触；

第一紧固件，其包括呈“丁”字状交叉设置的第一螺栓和第二螺栓，所述第一螺栓的尾部固定设置在所述钢梁的上翼缘上或者所述钢梁的下翼缘上，所述第一螺栓的头部螺纹连接至所述第二螺栓的中部；两个第一螺母，其一端分别螺纹连接至所述第二螺栓的两端，且所述两个第一螺母的另一端具有外螺纹，其中，任一个螺母的外螺纹和内螺纹的方向相同，两个第一螺母的另一端分别与多组螺纹孔中的任一组螺纹孔可拆卸的连接；

多个斜杆，其每两个一组呈交叉状设置在所述钢梁上，且多个斜杆的上端和下端分别焊接设置在所述钢梁的上翼缘和下翼缘上，任一组呈交叉状设置的斜杆的中部交叉处通过螺栓固定连接；

托座，其设置在所述钢柱和所述钢梁的连接处，所述托座为三角形结构钢板，所述托座的两个腰分别固定连接至所述钢柱的“C”形开口的翼缘上和所述钢梁的上翼缘或者下翼缘上。

优选的是，所述钢梁包括相互叩设的上钢梁、中钢梁和下钢梁，所述上钢梁的横切面为形结构；所述下钢梁的横切面为倒置的形结构；所述中钢梁为“C”型钢，且所述中钢梁的“C”形开口同时叩设在所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘上，使得所述中钢梁的“C”形开口的上翼缘抵顶在所述上钢梁的下翼缘上端的开口内，所述中钢梁的“C”形开口的下翼缘抵顶在所述下钢梁的上翼缘上端的开口内；且所述中钢梁的开口与所述多个斜杆分设在所述钢梁的两侧。

优选的是，还包括第二紧固件，其包括第三螺栓，其竖直设置在所述中钢梁的“C”形开口内，且所述螺栓的两端分别贯穿所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘后向两端延伸设置；两个第二螺母，其分别固定设置在所述第一螺栓贯穿所述上钢梁的下翼缘的侧壁上和所述下钢梁的上翼缘的侧壁上；且所述两个第二螺母的螺纹方向相反。

优选的是，所述钢柱内设置有开口朝向相反方向的一对纵向“C”型槽，或者设置有开口方向相互垂直的一对纵向“C”型槽。

优选的是，任一个第一螺母的长度为第二螺栓长度的0.4-0.5倍。

优选的是，所述两个第一螺母的另一端螺纹连接至所述钢柱的螺纹孔之后，再将所述两个第一螺母的一端与所述第一螺纹焊接固定。

优选的是，一个钢梁的一端上分别通过上方和下方的两个第一紧固件可拆卸的连接在所述钢柱的“C”型槽的开口内。

优选的是，相邻两个第二紧固件之间的距离为15-20cm。

优选的是，还包括：多个弧形加强肋，其竖直设置在所述钢梁的一侧，且与所述中钢梁的外侧壁抵顶固定。

优选的是，所述多个弧形加强肋在垂直于所述钢梁的轴线方向上，与多个斜杆相互错开设置。

本发明至少包括以下有益效果：

钢柱与钢梁通过第一紧固件可拆卸的连接，第一紧固件的通过两个第一螺母的内螺纹和外螺纹设置，在装配过程中，只需要向外旋转两个第一螺母，其另一端就可以紧固入螺纹孔中，将钢梁的一端固定至钢柱内，安装方便，快捷，且避免了钢柱与钢梁之间的纯刚性连接，保持一定的柔性，在地震过程中，可以有效耗散地震能量，防止结构整体倒塌；多个斜杆中每一组相互交叉设置的斜杆相当于一被动阻尼控制装置，具有被动控制特点，使得钢梁与钢柱结合成的抗震节点在抗震荷载作用下具有很好的耗能能力，可以根据抗震设防要求的不同进行参数调节，更加有效地实现耗能减震，进而提高全装配式预应力混凝土框架结构整体抗震性能。托座用于在钢柱和钢梁的节点附近提供刚性支撑，以保持框架结构整体的刚性，在实际应用中，托座的两个三角形的一个腰与钢梁的上翼缘或者下翼缘通过焊缝连接固定；托座的另一个腰与钢柱的“C”形开口的翼缘可通过铆接、螺栓连接或焊缝连接固定；托座与钢柱的“C”形开口的翼缘通过螺栓连接时一定要使用大的、高强度螺栓，以保证节点为刚性连接。

钢柱和钢梁存在剪切作用，可有效改善型钢梁与混凝土的粘结性能；合理设计钢梁和钢柱组成的框架结构抗震节点，不仅可以有效解决实腹式钢骨混凝土梁与柱节点交叉穿筋处理较困难的问题，而且可以有效提高结构的抗震性能和耗能能力，进入塑性阶段，在大变形情况下，抗震节点及钢梁侧设置的交叉斜杆能够起到很好的耗能作用，成为耗能减震装置。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点的正视结构示意图；

图2为本发明图1中的B部分的剖面结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中的图1中的A部分的剖面结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中的图1中的A部分的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，本发明提供一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，包括：

钢柱100，其为一具有纵向“C”型槽的柱型钢；多组螺纹孔，其等距设置在“C”型槽101的内侧壁上；钢梁200，其一端通过第一紧固件可拆卸的连接至所述钢柱的“C”型槽的开口内，且所述钢梁的一端的端面201与所述钢柱的“C”型槽的内侧壁不接触；第一紧固件300，其包括呈“丁”字状交叉设置的第一螺栓301和第二螺栓302，所述第一螺栓的尾部固定设置在所述钢梁的上翼缘上或者所述钢梁的下翼缘上，所述第一螺栓的头部螺纹连接至所述第二螺栓的中部；两个第一螺母303，其一端分别螺纹连接至所述第二螺栓的两端，且所述两个第一螺母的另一端具有外螺纹，其中，任一个螺母的外螺纹和内螺纹的方向相同，两个第一螺母的另一端分别与多组螺纹孔中的任一组螺纹孔可拆卸的连接；多个斜杆202，其每两个一组呈交叉状设置在所述钢梁上，且多个斜杆的上端和下端分别焊接设置在所述钢梁的上翼缘和下翼缘上，任一组呈交叉状设置的斜杆的中部交叉处通过螺栓固定连接；托座，其设置在所述钢柱和所述钢梁的连接处，所述托座为三角形结构钢板，所述托座的两个腰分别固定连接至所述钢柱的“C”形开口的翼缘上和所述钢梁的上翼缘或者下翼缘上。在上述方案中，钢柱与钢梁通过第一紧固件可拆卸的连接，第一紧固件的通过两个第一螺母的内螺纹和外螺纹设置，在装配过程中，只需要向外旋转两个第一螺母，其另一端就可以紧固入螺纹孔中，将钢梁的一端固定至钢柱内，安装方便，快捷，且避免了钢柱与钢梁之间的纯刚性连接，保持一定的柔性，在地震过程中，可以有效耗散地震能量，防止结构整体倒塌；多个斜杆中每一组相互交叉设置的斜杆相当于一被动阻尼控制装置，具有被动控制特点，使得钢梁与钢柱结合成的抗震节点在抗震荷载作用下具有很好的耗能能力，可以根据抗震设防要求的不同进行参数调节，更加有效地实现耗能减震，进而提高全装配式预应力混凝土框架结构整体抗震性能。托座用于在钢柱和钢梁的节点附近提供刚性支撑，以保持框架结构整体的刚性，在实际应用中，托座的两个三角形的一个腰与钢梁的上翼缘或者下翼缘通过焊缝连接固定；托座的另一个腰与钢柱的“C”形开口的翼缘可通过铆接、螺栓连接或焊缝连接固定；托座与钢柱的“C”形开口的翼缘通过螺栓连接时一定要使用大的、高强度螺栓，以保证节点为刚性连接。

如图2和3所示，在一个优选方案中，所述钢梁包括相互叩设的上钢梁203、中钢梁204和下钢梁205，所述上钢梁的横切面为形结构；所述下钢梁的横切面为倒置的形结构；所述中钢梁为“C”型钢，且所述中钢梁的“C”形开口同时叩设在所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘上，使得所述中钢梁的“C”形开口的上翼缘抵顶在所述上钢梁的下翼缘上端的开口内，所述中钢梁的“C”形开口的下翼缘抵顶在所述下钢梁的上翼缘上端的开口内；且所述中钢梁的开口与所述多个斜杆分设在所述钢梁的两侧。在本方案中，由上钢梁、中钢梁和下钢梁组合成的钢梁，在受压时，通过相互扣合的方式拼接成的钢梁，可以明显减小钢梁的高厚比，使得钢梁受压承载力明显加强，且在具有良好抗震荷载作用下还具有很好的耗能能力，进而提高全装配式预应力混凝土框架结构整体抗震性能。在实际使用中，钢筋可自所述钢梁的上钢梁或下钢梁的形结构的上端的开口槽内穿入至节点，并且可穿入钢柱的“C”形开口槽内，不仅可以有效解决实腹式钢骨混凝土梁与柱节点交叉穿筋处理较困难的问题，而且可以有效提高结构的抗震性能和耗能能力，进入塑性阶段，在大变形情况下，抗震节点及钢梁侧设置的交叉斜杆能够起到很好的耗能作用，成为耗能减震装置。

如图4所示，在一个优选方案中，还包括第二紧固件，其包括第三螺栓500，其竖直设置在所述中钢梁的“C”形开口内，且所述螺栓的两端分别贯穿所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘后向两端延伸设置；两个第二螺母501，其分别固定设置在所述第一螺栓贯穿所述上钢梁的下翼缘的侧壁上和所述下钢梁的上翼缘的侧壁上；且所述两个第二螺母的螺纹方向相反。在本方案中，第二紧固件用于加固上钢梁、中钢梁和下钢梁之间的连接，以保持钢梁的结构紧凑，提高其抗压能力；且第二紧固件同样通过螺栓和螺母的配合方式进行装配，安装方便快捷。

在一个优选方案中，所述钢柱内设置有开口朝向相反方向的一对纵向“C”型槽，或者设置有开口方向相互垂直的一对纵向“C”型槽。在本方案中，设置了不同“C”型槽布局的钢柱，以方便装配位置的需要，符合标准化设计要求，保证整体安装的顺利施工。如图3所示，在一个优选方案中，任一个第一螺母的长度为第二螺栓长度的0.4-0.5倍。在本方案中，第二螺栓的中部预留有装配第一螺栓的螺纹孔，因此，在满足其上的螺纹孔不被遮挡的同时，第一螺母的长度应足够长，以方便其通过外螺纹装配与钢柱的螺纹孔的同时，任然通过内螺纹与第二螺栓具有足够的螺纹连接长度，保证装配安全。

如图2所示，在一个优选方案中，所述两个第一螺母的另一端螺纹连接至所述钢柱的螺纹孔之后，再将所述两个第一螺母的一端与所述第一螺纹焊接固定。

如图1和图2所示，在一个优选方案中，一个钢梁的一端上分别通过上方和下方的两个第一紧固件可拆卸的连接在所述钢柱的“C”型槽的开口内。在本方案中，钢梁的一端的上方和下方均设置有第一紧固件，保持装配的力度的平衡，加强其连接的紧固度，保证装配安全。

在一个优选方案中，相邻两个第二紧固件之间的距离为15-20cm。

如图1所示，在一个优选方案中，还包括：多个弧形加强肋206，其竖直设置在所述钢梁的一侧，且与所述中钢梁的外侧壁抵顶固定。多个弧形加强肋与多个斜杆相互呼应，保持钢梁的上钢梁、中钢梁和下钢梁之间的结构紧密，使得钢梁受压承载力明显加强。

如图1所示，在一个优选方案中，所述多个弧形加强肋在垂直于所述钢梁的轴线方向上，与多个斜杆相互错开设置。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，包括：

钢柱，其为一具有纵向“C”型槽的柱型钢；多组螺纹孔，其等距设置在“C”型槽的内侧壁上；

钢梁，其一端通过第一紧固件可拆卸的连接至所述钢柱的“C”型槽的开口内，且所述钢梁的一端的端面与所述钢柱的“C”型槽的内侧壁不接触；

第一紧固件，其包括呈“丁”字状交叉设置的第一螺栓和第二螺栓，所述第一螺栓的尾部固定设置在所述钢梁的上翼缘上或者所述钢梁的下翼缘上，所述第一螺栓的头部螺纹连接至所述第二螺栓的中部；两个第一螺母，其一端分别螺纹连接至所述第二螺栓的两端，且所述两个第一螺母的另一端具有外螺纹，其中，任一个螺母的外螺纹和内螺纹的方向相同，两个第一螺母的另一端分别与多组螺纹孔中的任一组螺纹孔可拆卸的连接；

多个斜杆，其每两个一组呈交叉状设置在所述钢梁上，且多个斜杆的上端和下端分别焊接设置在所述钢梁的上翼缘和下翼缘上，任一组呈交叉状设置的斜杆的中部交叉处通过螺栓固定连接；

托座，其设置在所述钢柱和所述钢梁的连接处，所述托座为三角形结构钢板，所述托座的两个腰分别固定连接至所述钢柱的“C”形开口的翼缘上和所述钢梁的上翼缘或者下翼缘上；托座的两个三角形结构钢板的一个腰与钢梁的上翼缘或者下翼缘通过焊缝连接固定；托座的两个三角形结构钢板的另一个腰与钢柱的“C”形开口的翼缘通过铆接、螺栓连接或焊缝连接固定。

2.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，所述钢梁包括相互叩设的上钢梁、中钢梁和下钢梁，所述上钢梁的横切面为形结构；所述下钢梁的横切面为倒置的形结构；所述中钢梁为“C”型钢，且所述中钢梁的“C”形开口同时叩设在所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘上，使得所述中钢梁的“C”形开口的上翼缘抵顶在所述上钢梁的下翼缘上端的开口内，所述中钢梁的“C”形开口的下翼缘抵顶在所述下钢梁的上翼缘上端的开口内；且所述中钢梁的开口与所述多个斜杆分设在所述钢梁的两侧。

3.如权利要求2所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，还包括第二紧固件，其包括第三螺栓，其竖直设置在所述中钢梁的“C”形开口内，且所述螺栓的两端分别贯穿所述上钢梁的下翼缘和所述下钢梁的上翼缘后向两端延伸设置；两个第二螺母，其分别固定设置在所述第一螺栓贯穿所述上钢梁的下翼缘的侧壁上和所述下钢梁的上翼缘的侧壁上；且所述两个第二螺母的螺纹方向相反。

4.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，所述钢柱内设置有开口朝向相反方向的一对纵向“C”型槽，或者设置有开口方向相互垂直的一对纵向“C”型槽。

5.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，任一个第一螺母的长度为第二螺栓长度的0.4-0.5倍。

6.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，所述两个第一螺母的另一端螺纹连接至所述钢柱的螺纹孔之后，再将所述两个第一螺母的一端与所述第一螺纹焊接固定。

7.如权利要求1所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，一个钢梁的一端上分别通过上方和下方的两个第一紧固件可拆卸的连接在所述钢柱的“C”型槽的开口内。

8.如权利要求2所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，相邻两个第二紧固件之间的距离为15-20cm。

9.如权利要求2所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，还包括：多个弧形加强肋，其竖直设置在所述钢梁的一侧，且与所述中钢梁的外侧壁抵顶固定。

10.如权利要求9所述的全装配式预应力混凝土框架结构抗震节点，其特征在于，所述多个弧形加强肋在垂直于所述钢梁的轴线方向上，与多个斜杆相互错开设置。