CN107816129B - 一种预应力装配式节点的耗能套筒及其安装、工作方法 - Google Patents

一种预应力装配式节点的耗能套筒及其安装、工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预应力装配式节点的耗能套筒及其安装、工作方法，套筒包括若干套筒分体单元，若干套筒分体单元之间通过高强螺栓拼接成一个包裹预应力装配式节点的套筒；每个所述套筒分体单元均包括：柱套筒分体单元和梁端套筒，所述柱套筒分体单元和所述梁端套筒之间通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接；所述弧形粘弹性阻尼器包括若干弧形钢板，若干弧形钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合。本发明的预应力装配式节点的耗能套筒将耗能性能良好的粘弹性材料结合到节点套筒中，大大提高了装配式节点的耗能能力，同时约束梁端混凝土，提高了节点强度和变形能力，从而使预应力装配式节点的应用范围更广。

Description

一种预应力装配式节点的耗能套筒及其安装、工作方法
技术领域
本发明涉及一种可用于装配式节点的耗能套筒，尤其涉及一种能够提高预应力装配式节点耗能能力和节点混凝土强度的节点套筒。
背景技术
预应力装配式结构是一种新型的建筑结构形式，把工厂预制的梁、柱等构件运送至施工现场并吊装就位，在梁、柱的预留孔道内穿入预应力筋并张拉，通过预应力将构件拼接成整体框架。后张预应力筋即可作为拼接结构构件的手段，又可在使用阶段承受梁端弯矩。预应力装配式结构具有残余变形小、震后易于更换、使用性能好、施工速度快、节约资源等优点，符合绿色低碳、可持续发展的战略目标。
但是，装配式结构的节点连接可靠性较差，致使结构整体性能较差。1976年唐山大地震，预制装配式结构几乎全部坍塌，致使人们长期以来一直对装配式建筑有一种恐惧心理，认为装配式结构的抗震性能差，装配式结构在我国的使用和研究也受到了限制。
现有的提高预应力装配式节点抗震性能的手段有混合配筋和安装阻尼器。混合配筋是在梁上下部配置普通钢筋，施工复杂，耗能能力较差，且不利于震后的修复；而在节点处安装阻尼器的方式，阻尼器的安装需要破坏节点处的梁柱截面，不符合“强节点弱构件”的设计理念，安装复杂。同时，对于施加了预应力的梁柱节点，梁端由于过大的压应力会产生裂缝，进一步削弱了节点的强度和变形能力。总的来说，目前没有一种耗能性能良好、提高节点强度、构造简单、安装方便的节点形式可以解决预应力装配式节点存在的问题。
粘弹性材料是建筑结构抗震抗风中一种十分有效的耗能材料，它是在外力作用下，弹性和粘性两种变形机制同时存在的材料，其耗能机理是利用粘弹性材料的往复剪切变形，以吸热方式耗散振/震动能量。由于它性能优良、成本低廉、设计简单、施工方便等优点，己成为土木工程中应用最广泛的一种耗能材料。因此，将耗能性能良好的粘弹性材料结合到预应力装配式节点中很有意义且极具工程应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于预应力装配式节点的套筒，该节点套筒不仅将耗能性能良好的粘弹性材料结合到节点套筒中，使预应力装配式节点的耗能能力大大提高，而且套筒约束了梁端混凝土，提高了梁端节点的强度和变形能力，从而使预应力装配式节点的应用范围更广。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种预应力装配式节点的耗能套筒，包括若干套筒分体单元，若干套筒分体单元之间通过高强螺栓拼接成一个包裹预应力装配式节点的套筒；
每个所述套筒分体单元均包括：柱套筒分体单元和梁端套筒，所述柱套筒分体单元和所述梁端套筒之间通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接；
所述弧形粘弹性阻尼器包括若干弧形钢板，若干弧形钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合。
所述弧形粘弹性阻尼器包括：弧形中间隔板、以及设置于所述弧形中间隔板两侧的弧形内挡板和弧形外挡板，其中，所述弧形中间隔板和所述柱套筒分体单元之间焊接连接，所述弧形内挡板、弧形外挡板均与所述梁端套筒焊接连接；弧形内挡板、弧形中间隔板以及弧形外挡板三者之间设置粘弹性材料。
所述弧形中间隔板和弧形外挡板之间设有限位机构，所述限位机构用于限制柱套筒分体单元和梁端套筒之间的转角范围，所述限位机构包括固定连接在弧形中间隔板上的至少一个限位挡件、以及设置于弧形外挡板上供所述限位挡件穿过的矩形槽口。
所述限位挡件为限位挡销或限位挡板。
若干所述套筒分体单元沿柱体四周均匀对称分布。
所述柱套筒分体单元上在和梁端套筒的接触平面上开有孔洞，孔洞尺寸和所述梁端套筒内缘一致。
所述柱套筒分体单元和梁端套筒在接触平面无连接，可分离。
所述弧形粘弹性阻尼器的所有弧形钢板的圆弧圆心在同一点。
本发明进一步公开了一种基于所述预应力装配式节点的耗能套筒的安装方法，包括以下几个步骤：
首先，将若干套筒分体单元分别套在预制梁构件上；
接着，将预应力筋穿过预留在梁柱构件内部的孔道，对梁柱的接触表面进行处理，抹纤维砂浆，待纤维砂浆强度达到要求后进行预应力筋的张拉；
最后，将若干套筒分体单元合并到柱的位置，进行高强螺栓连接。
本发明进一步公开了一种基于所述预应力装配式节点的耗能套筒的工作方法，当预制结构受到侧向的外力作用时，梁柱节点会产生变形，梁构件会产生相对于柱构件的转动，右边的梁构件围绕梁柱接触面的上缘转动，左边的梁构件围绕梁柱接触面的下缘转动，而梁端套筒会随着梁的转动发生转动，脱离柱套筒，从而带动弧形粘弹性阻尼器的粘弹性材料和钢板发生剪切变形，产生耗能。
有益效果：
相比于现有技术，本发明的预应力装配式节点的耗能套筒能采用了粘弹性材料，具有优越的耗能能力；另外，本发明的节点套筒很好的约束了节点混凝土，提高了节点的强度和变形能力，符合“强节点弱构件”的设计理念。本发明的节点套筒构造简单、安装及更换方便迅速，可广泛应用于预应力装配式节点，为预应力装配式结构在高烈度区的应用提供了基础。
附图说明
图1为本发明实施例1预应力装配式节点的耗能套筒的正视图；
图2为本发明实施例1预应力装配式节点的耗能套筒的侧视图；
图3为本发明实施例1预应力装配式节点的耗能套筒的俯视图；
图4为本发明实施例1预应力装配式节点的耗能套筒的立体示意图；
图5为本发明实施例1预应力装配式节点的耗能套筒的安装过程图；
图6为本发明实施例2预应力装配式节点的耗能套筒的正视图；
图7为本发明实施例2预应力装配式节点的耗能套筒的俯视图；
图8为本发明实施例2预应力装配式节点的耗能套筒的立体示意图；
图9为本发明实施例2预应力装配式节点的耗能套筒的安装过程图；
图10为本发明整体节点的变形示意图；
图11为本发明梁柱接触面的转动示意图；
图12为本发明弧形粘弹性阻尼器的转动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
如图1~4所示，本发明的预应力装配式节点的耗能套筒，包括高强螺栓5连接的左右两个半套筒，两个半套筒关于拼接平面对称。每个半套筒包括竖向的柱套筒1和水平的梁端套筒2，柱套筒1和梁端套筒2通过且仅通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接，柱套筒1和梁端套筒2在竖向的接触平面内仅接触，无连接，这样保证了通过预应力筋连接的梁柱构件可以自由的转动。
柱套筒1上在和梁端套筒2的竖向接触平面开有孔洞，孔洞尺寸和梁端套筒2的内缘一致，这样保证了梁柱节点可以直接接触，可以对其接触面进行处理。
弧形中间隔板3和柱套筒1焊接连接，弧形内挡板和弧形外挡板分别与梁端套筒2焊接连接，弧形中间隔板3和弧形内挡板之间、弧形中间隔板3和弧形外挡板之间均填充有粘弹性材料6，这样当梁柱发生相对转动时，会带动柱套筒1和梁端套筒2相对转动，进而使弧形粘弹性阻尼器的弧形中间隔板3、弧形内挡板、弧形外挡板以及粘弹性材料6之间发生剪切变形，产生耗能。
作为本实施例1技术方案的进一步优选，所述弧形外挡板上开设矩形槽口，限位挡板7一端穿过所述矩形槽口，另一端与所述弧形中间隔板3焊接连接。限位挡板7在弧形粘弹性阻尼器弧形外挡板上的矩形槽口内移动，保证了柱套筒1和梁端套筒2在一定的转角范围内转动，也对弧形粘弹性阻尼器起到了保护的作用。
弧形粘弹性阻尼器由弧形内挡板、弧形外挡板、弧形中间隔板3和粘弹性材料6依次交替叠合而成（将粘弹性材料6压成层状再与钢板依次交替叠合）。在实际工程中根据梁柱节点具体的耗能要求，可以通过改变粘弹性材料6、弧形内挡板、弧形外挡板以及弧形中间隔板3的厚度，来调节弧形粘弹性阻尼器的刚度和阻尼。
本发明的预应力装配式节点的耗能套筒的优势在于同时具有优越的耗能能力和提高节点强度的作用。用耗能性能良好的粘弹性材料6代替传统叠层橡胶支座中的橡胶，梁柱节点的耗能能力大大提高，为预应力装配式梁柱节点更好地减震提供了保障。同时，柱套筒1和梁端套筒2包裹了整个梁柱节点，节点处的混凝土处于三向受压的状态，提高了节点处的混凝土强度和变形能力，防止节点处出现过大的裂缝，符合“强节点弱构件”的结构设计理念。
图5是本发明的预应力装配式节点的耗能套筒在实际中的一种安装过程。
首先，将左右两个半套筒分别套在两边的预制梁构件上；接着，将预应力筋穿过预留在梁柱构件内部的孔道，对梁柱的接触表面进行处理，抹纤维砂浆，待纤维砂浆强度达到要求后进行预应力筋的张拉；最后，将两边的两个半套筒合并到柱的位置，进行高强螺栓连接。整个安装过程简单、迅速，且不影响预应力装配节点的各项基本工序，在实际工程中具有很强的实用性。
实施例2
如图6~8所示，本实施例的预应力装配式节点的耗能套筒，包括高强螺栓5连接的四个分套筒，四个分套筒完全一致，套在柱四周的四根预制梁构件上，在拼接处焊接连接端板8，通过端板8的高强螺栓组合成一个包裹梁柱节点的整体套筒。每个分套筒包括竖向的柱套筒1和水平的梁端套筒2，柱套筒1和梁端套筒2通过且仅通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接，柱套筒1和梁端套筒2在竖向的接触平面内仅接触，无连接，这样保证了通过预应力筋连接的梁柱构件可以自由的转动。
柱套筒1上在和梁端套筒2的竖向接触平面开有孔洞，孔洞尺寸和梁端套筒2的内缘一致，这样保证了梁柱节点可以直接接触，可以对其接触面进行处理。
弧形中间隔板3和柱套筒1焊接连接，弧形内挡板和弧形外挡板与梁端套筒2之间分别焊接连接，弧形中间隔板3、弧形内挡板和弧形外挡板之间为粘弹性材料6，这样当节点受到外荷载，梁柱发生相对转动时，会带动柱套筒1和梁端套筒2相对转动，进而使弧形中间隔板3、内外挡板4和粘弹性材料6之间发生剪切变形，产生耗能。
作为本实施例2技术方案的进一步优选，弧形外挡板上开设矩形槽口，限位挡板7一端穿过所述矩形槽口，另一端与弧形中间隔板3焊接连接。限位挡板7在弧形外挡板上的矩形槽口内移动，保证了柱套筒1和梁端套筒2在一定的转角范围内转动，也对弧形粘弹性阻尼器起到了保护的作用。
弧形粘弹性阻尼器包括弧形内挡板、弧形中间隔板3和弧形外挡板，弧形内挡板、弧形中间隔板3和弧形外挡板之间通过粘弹性材料6依次交替叠合而成（将粘弹性材料6压成层状再与钢板依次交替叠合）。在实际工程中根据梁柱节点具体的耗能要求，可以通过改变粘弹性材料6、弧形内挡板、弧形外挡板以及弧形中间隔板3的厚度，来调节弧形粘弹性阻尼器的刚度和阻尼。
图9是本发明的预应力装配式节点的耗能套筒在实际中的一种安装过程。
首先，将两个套筒分别套在四边的预制梁构件上；接着，将预应力筋穿过预留在梁柱构件内部的孔道，对梁柱的接触表面进行处理，抹纤维砂浆，待纤维砂浆强度达到要求后进行预应力筋的张拉；最后，将四个套筒合并到柱的位置，进行高强螺栓连接。整个安装过程简单、迅速，不需要预先对梁柱构件进行预埋管道的处理，且不影响预应力装配节点的各项基本工序，在实际工程中具有很强的实用性。
图10~12是本发明的预应力装配式节点的耗能套筒在实际受力变形时的示意图，对于实施例1和2都是一样的工作机理。当预制结构受到侧向的外力作用时，梁柱节点会产生变形，如图10所示。梁构件会产生相对于柱构件的转动，如图11所示，右边的梁构件围绕梁柱接触面的上缘转动，左边的梁构件围绕梁柱接触面的下缘转动，而梁端套筒会随着梁的转动发生转动，脱离柱套筒，从而带动弧形粘弹性阻尼器的粘弹性材料和钢板发生剪切变形，产生耗能，如图12。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种预应力装配式节点的耗能套筒，其特征在于：包括若干套筒分体单元，若干套筒分体单元之间通过高强螺栓拼接成一个包裹预应力装配式节点的套筒；
每个所述套筒分体单元均包括：柱套筒分体单元和梁端套筒，所述柱套筒分体单元和所述梁端套筒之间通过且仅通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接；
所述弧形粘弹性阻尼器包括若干弧形钢板，若干弧形钢板之间通过粘弹性材料层依次交替叠合；
所述弧形粘弹性阻尼器包括：弧形中间隔板、以及设置于所述弧形中间隔板两侧的弧形内挡板和弧形外挡板，其中，所述弧形中间隔板和所述柱套筒分体单元之间焊接连接，所述弧形内挡板、弧形外挡板均与所述梁端套筒焊接连接；弧形内挡板、弧形中间隔板以及弧形外挡板三者之间设置粘弹性材料；
所述柱套筒分体单元上在和梁端套筒的接触平面上开有孔洞，孔洞尺寸和所述梁端套筒内缘一致；
所述柱套筒分体单元和梁端套筒在接触平面无连接，可分离。
2.根据权利要求1所述的预应力装配式节点的耗能套筒，其特征在于：所述弧形中间隔板和弧形外挡板之间设有限位机构，所述限位机构用于限制柱套筒分体单元和梁端套筒之间的转角范围，所述限位机构包括固定连接在弧形中间隔板上的至少一个限位挡件、以及设置于弧形外挡板上供所述限位挡件穿过的矩形槽口。
3.根据权利要求2所述的预应力装配式节点的耗能套筒，其特征在于：所述限位挡件为限位挡销或限位挡板。
4.根据权利要求1所述的预应力装配式节点的耗能套筒，其特征在于：若干所述套筒分体单元沿柱体四周均匀对称分布。
5.根据权利要求1所述的预应力装配式节点的耗能套筒，其特征在于：所述弧形粘弹性阻尼器的所有弧形钢板的圆弧圆心在同一点。
6.一种基于权利要求1所述预应力装配式节点的耗能套筒的安装方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
首先，将若干套筒分体单元分别套在预制梁构件上；
接着，将预应力筋穿过预留在梁柱构件内部的孔道，对梁柱的接触表面进行处理，抹纤维砂浆，待纤维砂浆强度达到要求后进行预应力筋的张拉；
最后，将若干套筒分体单元合并到柱的位置，进行高强螺栓连接。
7.一种基于权利要求1所述预应力装配式节点的耗能套筒的工作方法，其特征在于，当预制结构受到侧向的外力作用时，梁柱节点会产生变形，梁构件会产生相对于柱构件的转动，右边的梁构件围绕梁柱接触面的上缘转动，左边的梁构件围绕梁柱接触面的下缘转动，而梁端套筒会随着梁的转动发生转动，脱离柱套筒，从而带动弧形粘弹性阻尼器的粘弹性材料和钢板发生剪切变形，产生耗能。
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