CN108442514A - 附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，包括混凝土预制梁（1）、混凝土预制柱（2）、无粘结预应力钢绞线（3）、阻尼器（4）；所述混凝土预制柱的两侧分别通过四个阻尼器对称安装有混凝土预制梁，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱的连接处放置高强橡胶垫片，并采用高韧性纤维浆料填缝。本发明设计合理，在地震中金属阻尼器通过粘弹性阻尼片之间发生相对转动而充分耗能，改变了梁柱交汇处的传力途径，可有效降低节点主体的损伤；耗能阻尼器单元隐藏避免了塑性铰区与节点主体的重合，只须对震损结构的阻尼器单元进行替换即可恢复结构功能。该结构属于可恢复功能型结构，其能够在地震后以最快地恢复正常使用的功能。

Description

附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构

技术领域

本发明涉及结构工程领域，具体为一种建筑结构中装配式柔性框架预制构件间节点结构。

背景技术

建筑工业化是各国建筑业发展特征为：构件设计标准化、生产工厂化、施工机械化和管理科学化。装配式混凝土结构是一种符合工业化生产方式的结构型式。目前技术最为成熟并且已经进入实际应用阶段的是“湿连接”节点，此类节点在受力性能，尤其是耗能能力方面基本已经达到现浇混凝土结构的水平，但由于“湿连接”节点在其施工过程中存在二次现浇，其后浇节点狭小的作业空间，大大增加了其箍筋绑扎和混凝土浇筑的难度，施工质量难以保证，后浇混凝土同样受到龄期制约，影响施工效率。

装配式混凝土结构采用干连接方式可消除湿连接需现浇混凝土的缺点。其中，延性干连接是把构件之间的连接区域设计成弱于结构构件，连接部位较柔，地震作用下弹塑性变形通常发生在连接处，而梁柱构件本身不会破坏，预应力装配式混凝土结构是最具代表性的延性干连接结构，预应力装配式框架结构通过张拉预应力钢绞线施加预应力把预制梁和柱连接成整体。在地震作用下，无阻尼的预应力装配式框架结构节点刚度的迅速退化，造成其他结构构件的损伤，灌缝砂浆在节点变形过程中由于压碎脱落而增大预应力损失，且结构大变形情况下甚至会导致梁端塑性铰区混凝土大面积压碎，梁端纵向钢筋丧失承载力，造成结构形成难以修复的整体损伤。

在地震作用下，装配式柔性节点交汇处可产生大位移，通过阻尼器与结构共同承受地震作用，不会对节点梁柱产生难以修复的削弱和损坏。外置阻尼器通过高强螺栓分别与预制梁、预制柱连接，在正常使用情况下阻尼器为结构提供一定的刚度，减小结构的侧向变形，在地震作用时，梁柱节点的转动带动阻尼器产生剪切或挤压滞回变形而耗能，减小结构的整体地震反应，又能改变节点位置内力的传递途径，增加初始刚度并降低节点试件的刚度退化速度，可达到理想的耗能效果，保护节点免遭破坏，符合抗震设计的“强节点弱构件、强剪弱弯”延性设计理念。已有研究表明，装配式柔性框架节点存在以下问题：配置了耗能阻尼元件的结构存在施工不方便、占用空间影响建筑的正常使用等问题。如何对装配式柔性节点阻尼器的设置是该类型结构的关键性问题。若将支撑或阻尼器浇筑于建筑结构体内部容易引起结构开裂，且在地震中易引起混凝土结构仍会受损；若将其布置在室内则会占用较大空间，而将其布置在室外，会因温度变化的原因导致粘弹性阻尼器性能造成影响。

发明内容

本发明目的是提供一种附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，结合装配式干连接的特点，将可替换式阻尼器隐藏于梁柱交汇处，不占用楼板位置，且在预制混凝土梁和预制混凝土柱装配前即可完成阻尼器的安装连接，施工方便，在装配完成后于阻尼器安装位置处灌入少量泡沫混凝土或泡沫聚氨酯，在不影响框架结构使用和外观的前提下，提高其抗震性和功能可恢复性。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，包括混凝土预制梁、混凝土预制柱、无粘结预应力钢绞线、阻尼器。

所述混凝土预制柱的两侧分别通过四个阻尼器对称安装有混凝土预制梁，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱的连接处放置高强橡胶垫片，并采用高韧性纤维浆料填缝。

所述混凝土预制柱及两侧的混凝土预制梁的轴线上预留有预应力钢绞线孔道，所述预应力钢绞线孔道内穿入金属波纹管后穿入无粘结预应力钢绞线，所述无粘结预应力钢绞线一端定位于一侧混凝土预制梁的锚固端、其另一端定位于另一侧混凝土预制梁的拉紧端。

所述阻尼器包括梁连接板和柱连接板，所述梁连接板上垂直固定有梁侧剪切扇板，所述柱连接板垂直固定有柱侧连接扇板，所述梁侧剪切扇板和柱侧连接扇板上开设有对应的弧形滑槽，所述弧形滑槽内穿过定位高强螺栓将梁侧剪切扇板和柱侧连接扇板连接，所述梁侧剪切扇板和柱侧剪切扇板之间设有摩擦阻尼垫片；所述柱连接板通过安装高强螺栓安装于混凝土预制柱上，所述梁连接板通过安装高强螺栓安装于混凝土预制梁上；所述阻尼器位于混凝土预制梁的预留位置处。

混凝土预制梁和混凝土预制柱均为钢筋混凝土构件，配筋按照相关装配式结构设计规范执行。

制作时，混凝土预制梁的张拉端和锚固端预埋锚垫板、喇叭管及外套螺旋筋，以防止预应力钢绞线锚固端局部承压破坏；在柱构件的顶底面和梁构件的上下加载面布置预埋件，以避免梁、柱构件加载面局部承压破坏，保证加载面的平整；在梁、柱构件预应力钢绞线孔道位置穿入一定长度的金属波纹管，并保证孔道水平及居中，预应力钢绞线管道内无需灌浆，预应力钢绞线全长无粘结；在布置安装高强螺栓的梁、柱构件的相应位置插入同孔洞尺寸的定位管，即预留的安装螺栓孔洞。

施工时，混凝土预制梁、混凝土预制柱直接运送现场干性拼装，混凝土预制梁、混凝土预制柱以“十”字形平放在地面；通过安装高强螺栓及安装螺栓孔洞位置，安装隐藏式阻尼器，并拧紧定位高强螺栓，其拧紧力约设计预拉力的一半；在金属波纹管预留孔道内穿入预应力钢绞线，即通过穿拉无粘结预应力钢绞线的方法使之整体受力形成柔性自复位结构；在梁柱接触面上抹上约5mm厚高韧性纤维浆料填缝，并在梁柱连接处放置高强钢丝橡胶垫片；接缝处高韧性纤维浆料的强度达到设计值时进行无粘结预应力钢绞线张拉并用锚具锚固；最后将阻尼器上的定位高强螺栓拧紧到设计预拉力。

优选的，混凝土预制梁内距离梁端200mm~350mm范围内设置加密箍筋。

无粘结预应力钢绞线的张拉特征为：采用分级逐根张拉预应力钢绞线，在预应力钢绞线的锚固端安装压力传感器，来监控张拉过程和试验过程预应力钢绞线合力的变化，在张拉过程中传感器连接到TDS303静态数据采集仪，来实时监控张拉应力。

如图2所示，阻尼器中柱侧剪切扇板的凹槽和梁侧剪切扇板的凸起可相互咬合，形成可转动机构，扇板面之间夹有摩擦阻尼垫片，此时，梁侧剪切扇板、柱侧剪切扇板和之间的摩擦阻尼垫片形成“三明治”结构；当然，也可以是梁侧剪切扇板对称布置两块形成凹槽，柱侧剪切扇板为一块，插入U型的梁侧剪切扇板之间。梁侧剪切扇板和柱侧剪切扇板分别垂直固接于梁连接板和柱连接板的中心线上；梁侧剪切扇板、柱侧剪切扇板和扇板上所开圆弧形滑槽，均以梁柱交汇线位置为圆心位置；通过定位高强螺栓使得梁侧剪切扇板和柱侧剪切扇板之间形成铰接并固定摩擦垫片的位置。定位高强螺栓选用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等高强钢材型号。

本发明采用隐藏式阻尼器（阻尼器位于混凝土预制梁的预留位置处），可在不影响建筑结构正常使用和不改变外观的前提下，提高装配式混凝土框架结构的抗震性能，减少结构因设计不足和施工质量差等不良因素影响，附加隐藏阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点具有以下特点：

1、该节点的混凝土预制梁、混凝土预制柱直接运送现场干性拼装，尺寸精确质量可靠，现场施工不受混凝土龄期约束；通过预留孔洞穿拉无粘结预应力钢绞线的方法使之形成整体受力，有利于提高节点的自恢复能力，震后残余变形小，预应力钢绞线有利于提高节点核心区的抗剪承载力。

2、隐藏式耗能阻尼器通过安装高强螺栓分别与预制梁、预制柱连接，提高装配式节点在地震下的耗能能力，同时对混凝土梁柱起到约束作用，增加初始刚度并降低节点试件的刚度退化速度；预制梁柱构件之间使用高强钢丝橡胶垫片，可提高梁端延性。

3、在地震作用下，该节点损伤集中于耗能阻尼器及梁柱结合面处，预制梁柱均保持弹性状态，通过更换钢配件，实现震后结构功能的快速恢复。

本发明设计合理，在地震中金属阻尼器通过粘弹性阻尼片之间发生相对转动而充分耗能，改变了梁柱交汇处的传力途径，可有效降低节点主体的损伤；耗能阻尼器单元隐藏避免了塑性铰区与节点主体的重合，只须对震损结构的阻尼器单元进行替换即可恢复结构功能。该结构属于可恢复功能型结构，其能够在地震后以最快地恢复正常使用的功能。

附图说明

图1a表示附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构示意图。

图1b表示图1中虚线部分放大示意图。

图2表示阻尼器的结构示意图。

图中：1-混凝土预制梁，2-混凝土预制柱，3-无粘结预应力钢绞线，4-阻尼器，5-定位高强螺栓，6-梁连接板，7-柱连接板，8-梁侧剪切扇板，9-柱侧剪切扇板，10-弧形滑槽，11-安装高强螺栓，12-摩擦阻尼垫片。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，如图1a所示，包括混凝土预制梁1、混凝土预制柱2、无粘结预应力钢绞线3、阻尼器4。

混凝土预制柱2的两侧分别通过四个阻尼器4对称安装有混凝土预制梁1，混凝土预制梁1和混凝土预制柱2的连接处放置高强橡胶垫片，并采用高韧性纤维浆料填缝。

混凝土预制柱2及两侧的混凝土预制梁1的轴线上预留有预应力钢绞线孔道，所述预应力钢绞线孔道内穿入金属波纹管后穿入无粘结预应力钢绞线3，所述无粘结预应力钢绞线3一端定位于一侧混凝土预制梁1的锚固端、其另一端定位于另一侧混凝土预制梁1的拉紧端。

如图2所示，阻尼器4包括梁连接板6和柱连接板7，梁连接板6上垂直固定有梁侧剪切扇板8，柱连接板7垂直固定有柱侧剪切扇板9，梁侧剪切扇板8和柱侧连接扇板9上开设有对应的弧形滑槽10，弧形滑槽10内穿过定位高强螺栓5将梁侧剪切扇板8和柱侧连接扇板9连接，梁侧剪切扇板8和柱侧连接扇板9之间设有摩擦阻尼垫片12；柱连接板7通过安装高强螺栓11安装于混凝土预制柱2上，梁连接板6通过安装高强螺栓11安装于混凝土预制梁1上；阻尼器4位于混凝土预制梁1的预留位置处。每个混凝土预制梁1的连接端面4个角预留有阻尼器安装位置。

实施例1

将规格尺寸为4000mm×450mm×700mm的混凝土预制梁、700mm×700mm×3200mm的混凝土预制柱直接运送现场干性拼装，如图1a所示，混凝土预制梁1、混凝土预制柱2以“十”字形平放在地面；通过安装高强螺栓11及梁柱连接处的安装螺栓孔洞位置，螺栓孔洞位置沿着梁柱交汇处排列，所有螺栓孔洞距离梁柱交汇点125mm，安装规格为半径R为115mm、扇板和摩擦片宽度为45mm的阻尼器4，并拧紧定位高强螺栓5，其拧紧力约设计预拉力的一半；在金属波纹管预留孔道内穿入规格为9-7Φ5的预应力钢绞线，使之整体受力形成柔性自复位结构；在梁柱接触面上抹上约5mm厚高韧性纤维浆料填缝，并在梁柱连接处放置高强钢丝橡胶垫片；接缝处高韧性纤维浆料的强度达到设计值时进行无粘结预应力钢绞线张拉并用锚具锚固；最后将阻尼器上的定位高强螺栓5拧紧到设计预拉力。

混凝土预制梁内部距离梁端250mm范围内设置加密箍筋。

无粘结预应力钢绞线的张拉特征为：采用分级逐根张拉预应力钢绞线，在预应力钢绞线的锚固端安装压力传感器，来监控张拉过程和试验过程预应力钢绞线合力的变化，在张拉过程中传感器连接到TDS303静态数据采集仪，来实时监控张拉应力。

阻尼器4中所用摩擦阻尼垫片12材料为橡胶。

定位高强螺栓5选用40硼钢螺栓。

实施例2

将规格尺寸为8000mm×650mm×1000mm的混凝土预制梁1、1200mm×1200mm×4500mm的混凝土预制柱2直接运送现场干性拼装，如图1a所示，混凝土预制梁、混凝土预制柱以“十”字形平放在地面；通过安装高强螺栓11及梁柱连接处的定位螺栓孔洞位置，螺栓孔洞位置沿着梁柱交汇处排列，所有螺栓孔洞距离梁柱交汇点180mm，安装规格为R为170mm、扇板和摩擦片宽度为75mm的阻尼器，并拧紧定位高强螺栓5，其拧紧力约设计预拉力的一半；在金属波纹管预留孔道内穿入规格为12-7Φ5的预应力钢绞线3，使之整体受力形成柔性自复位结构；在梁柱接触面上抹上约8mm厚高韧性纤维浆料填缝，并在梁柱连接处放置高强钢丝橡胶垫片；接缝处高韧性纤维浆料的强度达到设计值时进行无粘结预应力钢绞线张拉并用锚具锚固；最后将阻尼器上的定位高强螺栓拧紧到设计预拉力。

混凝土预制梁内部距离梁端350mm范围内设置加密箍筋。

无粘结预应力钢绞线的张拉特征为：采用分级逐根张拉预应力钢绞线，在预应力钢绞线的锚固端安装压力传感器，来监控张拉过程和试验过程预应力钢绞线合力的变化，在张拉过程中传感器连接到TDS303静态数据采集仪，来实时监控张拉应力。

阻尼器4中制作摩擦阻尼垫片12材料为黄铜。

定位高强螺栓5选用40硼钢螺栓。

实施例3

将规格尺寸为2500mm×250mm×400mm的混凝土预制梁1、400mm×400mm×2500mm的混凝土预制柱2直接运送现场干性拼装，如图1a所示，混凝土预制梁、混凝土预制柱以“十”字形平放在地面；通过安装高强螺栓11及梁柱接触处的定位螺栓孔洞位置，螺栓孔洞位置沿着梁柱交汇处排列，所有螺栓孔洞距离梁柱交汇点105mm，安装规格为R为95mm、扇板和摩擦片宽度为40mm的阻尼器4，并拧紧定位高强螺栓5，其拧紧力约设计预拉力的一半；在金属波纹管预留孔道内穿入规格为9-7Φ5的预应力钢绞线3，使之整体受力形成柔性自复位结构；在梁柱接触面上抹上约8mm厚高韧性纤维浆料填缝，并在梁柱连接处放置高强钢丝橡胶垫片；接缝处高韧性纤维浆料的强度达到设计值时进行无粘结预应力钢绞线张拉并用锚具锚固；最后将阻尼器上的定位螺栓拧紧到设计预拉力。

混凝土预制梁内部距离梁端200mm范围内设置加密箍筋。

无粘结预应力钢绞线的张拉特征为：采用分级逐根张拉预应力钢绞线，在预应力钢绞线的锚固端安装压力传感器，来监控张拉过程和试验过程预应力钢绞线合力的变化，在张拉过程中传感器连接到TDS303静态数据采集仪，来实时监控张拉应力。

阻尼器4中制作所用摩擦阻尼垫片12材料为铅。

定位高强螺栓5选用45号钢螺栓。

本发明的隐藏式阻尼器可放置在装配式框架结构梁端内部预留位置处，不占用楼板位置，在预制混凝土梁和预制混凝土柱装配前即可完成阻尼器的安装。该阻尼器的应用可提高装配式混凝土框架结构的抗震性能，减少结构因设计不足和施工质量差等不良因素影响。该节点的预制梁、柱直接运送现场干性拼装，尺寸精确质量可靠，现场施工不受混凝土龄期约束；通过预留孔洞穿拉无粘结预应力钢绞线的方法使之形成整体受力，有利于提高节点的自恢复能力；隐藏式耗能阻尼器通过定位螺栓分别与预制梁、预制柱连接，提高装配式节点在地震下的耗能能力，增加初始刚度并降低节点试件的刚度退化速度；在地震作用下，该节点损伤集中于耗能阻尼器及梁柱结合面处，可通过更换受损的钢配件，实现震后结构功能的快速恢复。

应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，其特征在于：包括混凝土预制梁（1）、混凝土预制柱（2）、无粘结预应力钢绞线（3）、阻尼器（4）；

所述混凝土预制柱（2）的两侧分别通过四个阻尼器（4）对称安装有混凝土预制梁（1），所述混凝土预制梁（1）和混凝土预制柱（2）的连接处放置高强橡胶垫片，并采用高韧性纤维浆料填缝；

所述混凝土预制柱（2）及两侧的混凝土预制梁（1）的轴线上预留有预应力钢绞线孔道，所述预应力钢绞线孔道内穿入金属波纹管后穿入无粘结预应力钢绞线（3），所述无粘结预应力钢绞线（3）一端定位于一侧混凝土预制梁（1）的锚固端、其另一端定位于另一侧混凝土预制梁（1）的拉紧端；

所述阻尼器（4）包括梁连接板（6）和柱连接板（7），所述梁连接板（6）上垂直固定有梁侧剪切扇板（8），所述柱连接板（7）垂直固定有柱侧连接扇板（9），所述梁侧剪切扇板（8）和柱侧剪切扇板（9）上开设有对应的弧形滑槽（10），所述弧形滑槽（10）内穿过定位高强螺栓（5）将梁侧剪切扇板（8）和柱侧连接扇板（9）连接，所述梁侧剪切扇板（8）和柱侧连接扇板（9）之间设有摩擦阻尼垫片（12）；所述柱连接板（7）通过安装高强螺栓（11）安装于混凝土预制柱（2）上，所述梁连接板（6）通过安装高强螺栓（11）安装于混凝土预制梁（1）上；所述阻尼器（4）位于混凝土预制梁（1）的预留位置处。

2.根据权利要求1所述的附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，其特征在于：所述定位高强螺栓（5）选用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢或者35CrMoA。

3.根据权利要求1所述的附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，其特征在于：所述混凝土预制梁（1）内壁距离梁端200mm~350mm范围内设置加密箍筋。

4.根据权利要求1所述的附加隐藏式阻尼器的装配式柔性混凝土框架节点结构，其特征在于：所述摩擦阻尼垫片（12）材料为橡胶或者金属。