CN108149791A - 自控耗能的预应力预制装配式框架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自控耗能的预应力预制装配式框架结构，包括混凝土柱和无粘结预应力混凝土梁，无粘结预应力筋锚固在普通混凝土柱脚处，所述混凝土柱包括自控耗能元件、定位钢筋、箍筋、柱纵筋、预应力筋锚固端、角钢和摩擦螺栓；所述无粘结预应力筋为曲线形布置，所述自控耗能元件设置于无粘结预应力筋锚固支座处，自控耗能元件包括变形盒外侧部分、变形盒主体、变形盒内侧部分、承压板和侧挡板。本发明框架体系发挥了无粘结预应力装配式混凝土结构抗裂变形性能好、自重轻、施工简便及震后可修复的优点，为地震区推广运用无粘结预应力预制装配式混凝土框架结构开创了一条新途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程框架结构体系，具体是自控耗能的预应力预制装配式框架结构。
背景技术
在传统的现浇框架中，结构主要通过自身的塑性变形进行耗能，地震后存在残余变形，给修复和后续使用带来困难。装配式钢筋混凝土框架尽管具有生产速度快、质量稳定、节约模板等优点，但传统的装配式结构的节点连接可靠性较差，因此在地震区的应用受到限制。按是否需要后浇混凝土，框架的连接总体上可分为“湿连接”和“干连接”两种，前者目前应用较多，和“干连接”的一个不同在于：在湿连接框架中，设计允许的塑性变形往往设置在连接区以外的区域，连接区保持弹性；而“干连接”的框架则力求预制构件保持在弹性范围，塑性变形尽量控制在连接区本身。采用“干连接”的装配式框架的耗能能力弱，梁柱在发生相对转角的时候，梁端混凝土会较早地出现局压破坏，从而影响整体结构的抗震性能。
现有的研究普遍建议，框架结构包括无粘结预应力混凝土框架结构采用混合耗能机制进行抗震设计，而梁铰耗能机制更优于混合耗能机制。因为梁铰耗能机制主要是依靠梁端的塑性铰去耗散地震能量，对柱端的延性要求不高，梁铰机制对临界截面要求的曲率延性增加不多；混合耗能机制是同时依靠梁铰和柱铰耗散地震能量，所以对柱端的截面延性有较高的要求。
发明内容
本发明的目的是克服传统的现浇预应力钢筋混凝土框架以及装配式预应力混凝土框架的不足，提供一种符合抗震概念设计理念的自控耗能的预应力预制装配式框架结构，该框架体系发挥了无粘结预应力混凝土装配式结构抗裂变形性能好、自重轻、施工简便及震后可修复的优点，为地震区推广运用无粘结预应力预制装配式混凝土框架结构开创了一条新途径。
本发明采用的技术方案为：一种自控耗能的预应力预制装配式框架结构，包括混凝土柱和无粘结预应力混凝土梁；
所述混凝土柱包括自控耗能元件、定位钢筋、箍筋、柱纵筋、预应力筋锚固端、角钢和摩擦螺栓；所述无粘结预应力混凝土梁内的无粘结预应力筋锚固在混凝土柱柱脚处，所述无粘结预应力筋为曲线形布置，所述自控耗能元件设置于无粘结预应力筋锚固支座处，无粘结预应力筋的端部与预应力筋锚固端连接，所述箍筋围绕柱纵筋设置，箍筋与定位钢筋焊接，自控耗能元件与定位钢筋焊接；所述角钢通过摩擦螺栓固定在混凝土柱柱顶处以提高梁柱节点的局部承载力。
所述自控耗能元件包括承压板、侧挡板、变形盒主体、变形盒外侧部分和变形盒内侧部分，所述变形盒主体两侧为变形盒外侧部分和变形盒内侧部分，变形盒主体与侧挡板的下边缘通过建筑结构胶连接，所述侧挡板的上边缘与承压板通过建筑结构胶连接。
作为优选，所述箍筋在自控耗能元件处加密设置。
作为优选，所述承压板为钢板，所述变形盒为主体碳纤维板构件和碳纤维布胶粘而成(变形盒采用碳纤维材料的目的是提高强度、减轻重量)，所述侧挡板采用木板制作。
有益效果：本发明在曲线形无粘结预应力筋锚固支座处布置有自控耗能元件的无粘结预应力混凝土框架，在多遇地震和中震下自控耗能元件处于休眠状态；在罕遇地震下自控耗能元件承载力达到阈值，继而启动并发生变形，造成框架梁的抗弯承载力减小而使梁先于柱出现塑性铰。框架在地震下通过梁端的塑性铰的转动来耗散地震输入能量，形成梁铰机制。即在罕遇地震下，人为控制用梁来耗能，以保证柱的损伤较轻，这符合抗震概念设计。由于本框架梁形成塑性铰后预应力筋应力远小于极限应力，可保证预应力筋在梁出现塑性铰后继续发挥作用，从而延长有约束屈服的弹塑性阶段的长度，形成延性框架。
附图说明
图1为本发明自控耗能的预应力预制装配式框架示意图；
图2为本发明自控耗能元件安装示意图；
图3为图3中锚固支座处局部放大图；
图4为混凝土柱横断面图；
图5为本发明自控耗能元件外观示意图；
图6为本发明自控耗能元件组成部件拆分示意图；
图7为本发明自控耗能元件作用效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示，一种自控耗能的预应力预制装配式框架，包括普通钢筋混凝土柱8和无粘结预应力混凝土梁14，所述混凝土柱8包括自控耗能元件1、定位钢筋2、箍筋3、柱纵筋5、预应力筋锚固端6、角钢12和摩擦螺栓13。
所述无粘结预应力混凝土梁14内的无粘结预应力筋4锚固在混凝土柱8柱脚处，所述无粘结预应力筋4为曲线形布置，所述自控耗能元件1设置于无粘结预应力筋4锚固支座处，无粘结预应力筋4的端部与预应力筋锚固端6连接，所述箍筋3围绕柱纵筋5设置，箍筋3与定位钢筋2焊接，自控耗能元件1定位钢筋2焊接；所述角钢12通过摩擦螺栓13固定在混凝土柱8柱顶处。
所述自控耗能元件1变形盒外侧部分7、变形盒主体8、变形盒内侧部分9、承压板10和侧挡板11，所述变形盒主体8两侧分别为变形盒外侧部分7和变形盒内侧部分9，变形盒主体8与侧挡板11的下边缘通过建筑结构胶连接，所述侧挡板11的上边缘与承压板10通过建筑结构胶连接。
所述箍筋3在自控耗能元件1处加密设置。所述承压板10采用钢板制作，所述变形盒主体8为碳纤维板构件和碳纤维布胶粘而成(变形盒加入碳纤维材料的目的是提高强度、减轻重量)，所述侧挡板11采用木板制作，侧挡板与承压板、变形盒主体通过建筑结构胶连接。
在自控耗能无粘结预应力混凝土框架结构中，自控耗能元件放置于梁中预应力筋锚固支座处，安装步骤：
1、预制构件
(1)绑扎非预应力纵向钢筋；
(2)确定自控耗能元件的位置，确定定位钢筋的位置；
(3)布置箍筋并按需要在自控耗能元件部位加密箍筋；
(4)将定位钢筋和箍筋焊接，将自控耗能元件和定位钢筋焊接；
(5)在梁中布置无粘结预应力钢筋；
(6)在混凝土柱脚处预留预应力筋孔道，在混凝土柱顶处预留螺栓孔道；
(7)浇筑预制混凝土构件；
2、梁柱安装
(1)通过螺栓将角钢固定在柱顶；
(2)预应力筋穿过柱脚孔道；
(3)浇筑混凝土梁柱节点；
3、张拉预应力筋，锚固在柱脚处。
作用效果：如图7所示，自控耗能元件发挥作用，即有限变形盒破坏，预应力筋得到释放。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种自控耗能的预应力预制装配式框架结构，其特征在于：包括混凝土柱和无粘结预应力混凝土梁；
所述混凝土柱包括自控耗能元件、定位钢筋、箍筋、柱纵筋、预应力筋锚固端、角钢和摩擦螺栓；所述无粘结预应力混凝土梁内的无粘结预应力筋锚固在混凝土柱柱脚处，所述无粘结预应力筋为曲线形布置，所述自控耗能元件设置于无粘结预应力筋锚固支座处，无粘结预应力筋的端部与预应力筋锚固端连接，所述箍筋围绕柱纵筋设置，箍筋与定位钢筋焊接，自控耗能元件与定位钢筋焊接；所述角钢通过摩擦螺栓固定在混凝土柱柱顶处；
所述自控耗能元件包括承压板、侧挡板、变形盒主体、变形盒外侧部分和变形盒内侧部分，所述变形盒主体两侧为变形盒外侧部分和变形盒内侧部分，变形盒主体与侧挡板的下边缘通过建筑结构胶连接，所述侧挡板的上边缘与承压板通过建筑结构胶连接。
2.根据权利要求1所述的自控耗能的预应力预制装配式框架结构，其特征在于：所述箍筋在自控耗能元件处加密设置。
3.根据权利要求1所述的自控耗能的预应力预制装配式框架结构，其特征在于：所述承压板为钢板，所述变形盒为主体碳纤维板构件和碳纤维布胶粘而成，所述侧挡板采用木板制作。
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