CN108560706A - 一种摩擦耗能自复位全装配式节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩擦耗能自复位全装配式节点，包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、节点区域柱上加强钢套、节点区域柱上外伸端板、无粘结预应力筋和摩擦材料板；节点区域柱上外伸端板设于节点区域柱上加强钢套两侧，并通过螺栓连接，节点区域柱上外伸端板及摩擦材料板设于预制钢筋混凝土梁端部设置的预制钢筋混凝土梁端部加强钢套内，通过对拉螺杆固定，预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁通过张拉预留孔道中无粘结预应力筋形成整体。本发明属于土木工程技术领域，可实现震时无损伤、低损伤以及震后自复位，而内置式的梁端耗能装置提高了节点耗散能力，使损伤位置控制于摩擦材料片，同时梁端无外突出板件也满足建筑的美观要求。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体是指一种摩擦耗能自复位全装配式节点。
背景技术
装配式钢筋混凝土结构是我国建筑业发展的重要方向，预制钢筋混凝土构件可标准化、批量化生产，成品质量高，能耗低，环境负面影响小，符合绿色建筑要求，具有可持续发展特点。
节点对于传递分配内力和维持结构整体工作具有关键性作用，其受力性能优劣将严重影响到整个结构的抗震性能，故装配式钢筋混凝土结构抗震性能的关键之一则在于节点连接形式。传统装配式钢筋混凝土结构节点区域多采用等效现浇连接方式，地震中结构通过塑性变形吸收能量避免倒塌，仍是基于延性的设计理念。采用这种节点连接方式的装配式钢筋混凝土结构，虽能满足现行规范抗震设防要求，但结构上较大的损伤和残余变形会给震后修复带来困难，结构甚至可能由于震后残余变形过大而必须拆除，由此导致的直接或间接损失是巨大的。目前，基于性能的结构抗震设计逐渐成为主流，不仅要求结构在地震中不发生倒塌，且要求设计中充分考虑震后结构性能的可恢复性。
因此，研究开发一种新型具有设防地震作用下无损伤或是低损伤，震后可迅速恢复其功能的新型装配式钢筋混凝土梁柱节点，对于推动装配式钢筋混凝土结构的应用和发展，具有重要意义。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种具有自复位和摩擦耗能能力的装配式钢筋混凝土结构梁柱节点。
本发明采取的技术方案如下：本发明摩擦耗能自复位全装配式节点包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、节点区域柱上加强钢套、节点区域柱上外伸端板、无粘结预应力筋和摩擦材料板；节点区域柱上外伸端板设于节点区域柱上加强钢套两侧，并通过螺栓将两者进行连接，节点区域柱上外伸端板及摩擦材料板均设于预制钢筋混凝土梁端部设置的预制钢筋混凝土梁端部加强钢套内，通过对拉螺杆进行固定，预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁通过张拉预留孔道中无粘结预应力筋形成整体。
其中，预制钢筋混凝土梁端设有凹槽并包有钢套。节点区域柱上外伸端板、摩擦材料板和预制钢筋混凝土梁端均开设贯穿螺栓孔，摩擦材料板设于节点区域柱上外伸端板侧面，并随之一同嵌入预制钢筋混凝土梁端凹槽内，再由对拉螺杆将三者连接在一起。
进一步地，所述张拉预留孔道为预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁中预留有的特定形状的孔道，张拉预留孔道用于无粘结预应力筋的穿张。
进一步地，所述节点区域柱上外伸端板包括两块开有若干螺孔的外伸端板。
进一步地，所述预制钢筋混凝土柱在节点区域柱断开，节点区域柱上加强钢套设于预制钢筋混凝土柱的节点区域柱处。节点区域柱上加强钢套用以加强上下柱结合部刚度。
进一步地，所述节点区域柱上外伸端板两侧设有铝板、铜板、橡胶板或含钢橡胶板中的一种制成摩擦材料板，摩擦材料板和节点区域柱上外伸端板内设于预制钢筋混凝土梁端部加强钢套内。
节点区域柱上加强钢套和预制钢筋混凝土梁端部加强钢套可避免接触面上混凝土破损。
进一步地，所述预制钢筋混凝土柱的节点区域柱端和预制钢筋混凝土梁端孔道为曲线形。可使预应力筋张拉后偏离梁的中心，进而可对柱端结合部位上施加一定预压力。
预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁中均设有曲线孔道，通过张拉孔道中无粘结预应力筋在梁柱接触面上施加预压力。因此，预制钢筋混凝土梁和预制钢筋混凝土柱间接触面仅具备承压能力而无抗拉能力。地震中，当梁端弯矩达到一定程度时，梁柱间则会发生相对转动，梁端上部或下部张开，孔道中无粘结预应力筋地震中一直处于弹性工作状态。结构在地震中会经历较大变形，但结构上不会出现损伤或只会产生很小损伤。梁端剪力和转动刚度由外伸钢端板和摩擦材料板提供，且通过两者间的相对滑移耗散地震能力。震后，预制钢筋混凝土梁和预制钢筋混凝土柱预设孔道中的无粘结预应力可使节点恢复到震前状态。
进一步地，所述节点区域柱上加强钢套上预设有螺栓，螺栓用于固定节点区域柱上外伸端板，且节点区域柱上加强钢套相应位置处开设有无粘结预应力筋穿过的孔洞一。
进一步地，所述摩擦材料板、节点区域柱上外伸端板和预制钢筋混凝土梁端加强钢套上均设有孔洞二，通过穿过孔洞二的对拉螺栓连接，节点区域柱上外伸端板上孔洞二的直径大于摩擦材料板和节点区域柱上外伸端板上孔洞二的直径，以允许外伸端板和摩擦材料板在地震中可相对滑移以实现梁端摩擦耗能。
梁端摩擦耗能机制在于节点区域柱上外伸端板和摩擦材料板间相互滑移，节点区域柱上外伸端板上螺栓孔孔径要大于摩擦材料板和预制钢筋混凝土梁端上螺栓孔孔径，节点区域柱上外伸端板和摩擦材料板内嵌于预制钢筋混凝土梁端，不影响建筑美观。
作为优选地，所述无粘结预应力筋为预应力钢绞线、预应力钢束丝、FRP筋或CFRP筋中一种。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提供了一种摩擦耗能自复位全装配式预制钢筋混凝土梁柱节点，施工作业速度快且质量易于保证。预制钢筋混凝土柱在节点区域断开，通过端部偏离中心位置的无粘结预应力筋，对上下柱结合部施加预压力，实现预制钢筋混凝土柱的装配式。梁端耗能机制摒弃以往梁端上下部设置耗能钢筋的形式，而采用内嵌外伸端板和摩擦材料板耗能方式，易于安装且不影响建筑美观，可有效提高结构梁端耗能能力，同时可为结构提供抗剪能力和转动刚度。采用本发明节点连接方式的装配式钢筋混凝土结构，具有地震损伤低、震后残余变形小、耗能能力强的特点，可减轻或消除震害，达到震后无需修复或只需轻微修复即可恢复其功能的效果，使装配式钢筋混凝土结构适用于高烈度区一些重要建筑结构。
附图说明
图1为本发明摩擦耗能自复位全装配式节点的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面放大示意图；
图3为图1的B-B剖面放大示意图；
图4为本发明节点区域柱上一侧外伸端板立体结构示意图；
图5为本发明节点区域柱上一侧外伸端板左视结构示意图；
图6为本发明节点区域柱上一侧外伸端板主视结构示意图；
图7为布置在柱一侧4块摩擦材料板的立体结构示意图；
图8为布置在柱一侧4块摩擦材料板的左视结构示意图；
图9为布置在柱一侧4块摩擦材料板的主视结构示意图；
图10为节点区域柱上加强钢套立体结构示意图；
图11为节点区域柱上加强钢套左视结构示意图；
图12为节点区域柱上加强钢套主视结构示意图；
图13为预制钢筋混凝土梁端部加强钢套立体结构示意图；
图14为预制钢筋混凝土梁端部加强钢套左视结构示意图；
图15为预制钢筋混凝土梁端部加强钢套主视结构示意图；
图16为预制钢筋混凝土梁端部构造立体结构示意图；
图17为预制钢筋混凝土梁端部构造左视结构示意图；
图18为预制钢筋混凝土梁端部构造主视结构示意图。
图中：1-预制钢筋混凝土柱，2-预制钢筋混凝土梁，3-节点区域柱上加强钢套，4-节点区域柱上外伸端板，5-无粘结预应力筋，6-预制钢筋混凝土梁端部加强钢套，7-对拉螺杆，8-柱上加强钢套上预设螺栓，9-摩擦材料板，10-底板，11-外伸耳板，12-节点区域柱上外伸端板上预应力筋穿过孔洞，13-底板螺栓孔，14-外伸耳板螺栓孔，15-摩擦材料板螺栓孔，16-节点区域柱上加强钢套上预应力筋穿过的孔洞，17-节点区域柱上加强钢套上螺栓杆，18-预制钢筋混凝土梁端部加强钢套螺栓孔，19-竖向槽道，20-预制钢筋混凝土梁预应力孔洞，21-贯穿预制钢筋混凝土梁螺栓孔。
具体实施方式
下面结合具体实施对本专利的技术方案作进一步详细地说明，本发明所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。
以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。
如图1、2和3所示，本发明公开了一种具有摩擦耗能和自复位能力的全装配式节点。发明思路是：组成结构的预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2均在工厂预制，预制时梁柱中预先设置预应力孔道，孔道在临近节点区域时为曲线，后张拉孔道中的无粘结预应力筋5对梁柱接触面施加预压力，同时预应力筋在节点区域偏离中心位置也可在上下柱端接触面上施加预压力，而预应力筋存在还可使节点在震后自复位。此外，节点区域柱上外伸端板4和摩擦材料板9内嵌于预制钢筋混凝土梁2中，并由穿过其三者上预设螺栓孔的对拉螺7连接，其中节点区域柱上外伸端板4上预设螺栓孔孔径较大，地震时节点区域柱上外伸端板4和摩擦材料板9间可相对滑移而实现摩擦耗能。
实施时，具体步骤如下：
①如图4-6所示为节点区域柱上外伸端板4，底板10上四周开有若干底板螺栓孔13，中间位置还开有节点区域柱上外伸端板上预应力筋穿过孔洞12，外伸耳板11上开有若干外伸耳板螺栓孔14，底板10与外伸耳板11间通过焊接形成整体。
图7-9所示为摩擦材料板9，上开有若干摩擦材料板螺栓孔15。
图10-12所示为节点区域柱上加强钢套3，节点区域柱上加强钢套3采用一定规格钢管或采用若干块钢板焊接而成，与预制钢筋混凝土梁2相临的两侧预设节点区域柱上加强钢套上预应力筋穿过的孔洞16和用于紧固节点区域柱上外伸端板4的节点区域柱上加强钢套上螺栓杆17，而节点区域柱上加强钢套上螺栓杆17可采用焊接方式与节点区域柱上加强钢套3连接。
图13-15所示为预制钢筋混凝土梁端部加强钢套6，其可由采用一定规格钢管或由若干块钢板焊接而成，两侧开有若干预制钢筋混凝土梁端部加强钢套螺栓孔18。
此步骤所述各构件，均在钢结构工厂加工制作完成。
②图1所示为本发明摩擦耗能自复位全装配式节点的结构示意图，预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2均在预制构件工厂制作，梁柱中预先设置预应力孔道，孔道在临近节点区域时为曲线形。图16-18所示为预制钢筋混凝土梁端部构造示意图，梁端与柱接触面上开有若干竖向槽道19和预制钢筋混凝土梁预应力孔洞20，梁端两侧则开有贯穿预制钢筋混凝土梁螺栓孔21。制作预制钢筋混凝土梁2时，需将预制钢筋混凝土梁端部加强钢套6置于模具内相应为何位置处，并确保预制钢筋混凝土梁端部加强钢套6内混凝土浇注密实。
③图2所示为A-A剖面放大示意图，预制钢筋混凝土柱1装配时，可设置临时支撑先将节点区域柱上加强钢套3套在下柱上端部相应位置处，然后将上柱立于节点区域柱上加强钢套3内。可在上下柱端部一定区域内涂抹环氧树脂用于增强节点区域柱上加强钢套3与预制钢筋混凝土柱1界面粘结性能，也可不做处理。
④将无粘结预应力筋5从一侧穿过节点区域柱上加强钢套3两侧预留预应力孔洞和预制钢筋混凝土柱1中预留预应力孔道。
⑤图3所示为B-B剖面放大示意图，将节点区域柱上外伸端板4与节点区域柱上加强钢套3上预设螺栓连接，再将摩擦材料板9置于外伸耳板11的侧面，而后插入预制钢筋混凝土梁2端部预设竖向槽道19内，同时将预应力筋从梁中预留孔道中穿出。
⑥通过对拉螺杆7将节点区域柱上外伸端板4、摩擦材料板9以及预制钢筋混凝土梁2三者连接，再张拉孔道中的无粘结预应力筋，完成节点装配。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：包括预制钢筋混凝土柱(1)、预制钢筋混凝土梁(2、)节点区域柱上加强钢套(3)、节点区域柱上外伸端板(4)、无粘结预应力筋(5)和摩擦材料板(9)；节点区域柱上外伸端板(4)设于节点区域柱上加强钢套(3)两侧，并通过螺栓(8)将两者进行连接，节点区域柱上外伸端板(4)及摩擦材料板(9)均设于预制钢筋混凝土梁(2)端部设置的预制钢筋混凝土梁端部加强钢套(6)内，通过对拉螺杆(7)进行固定，预制钢筋混凝土柱(1)和预制钢筋混凝土梁(2)通过张拉预留孔道中无粘结预应力筋(5)形成整体。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述张拉预留孔道为预制钢筋混凝土柱(1)和预制钢筋混凝土梁(2)中预留有的特定形状的孔道，张拉预留孔道用于无粘结预应力筋(5)的穿张。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述节点区域柱上外伸端板(4)包括两块开有若干螺孔的外伸端板。
4.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述预制钢筋混凝土柱(1)在节点区域柱断开，节点区域柱上加强钢套(3)设于预制钢筋混凝土柱(1)的节点区域柱处。
5.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述节点区域柱上外伸端板(4)两侧设有铝板、铜板、橡胶板或含钢橡胶板中的一种制成摩擦材料板(9)，摩擦材料板(9)和节点区域柱上外伸端板(4)内设于预制钢筋混凝土梁端部加强钢套(6)内。
6.根据权利要求2所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述预制钢筋混凝土柱(1)的节点区域柱端和预制钢筋混凝土梁(2)端孔道为曲线形。
7.根据权利要求1或4所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述节点区域柱上加强钢套(3)上预设有柱上加强钢套上预设螺栓(8)，柱上加强钢套上预设螺栓(8)用于固定节点区域柱上外伸端板(4)，且节点区域柱上加强钢套(3)相应位置处开设有无粘结预应力筋(5)穿过的孔洞一。
8.根据权利要求5所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述摩擦材料板(9)、节点区域柱上外伸端板(4)和预制钢筋混凝土梁端部加强钢套(6)上均设有孔洞二，通过穿过孔洞二的对拉螺杆(7)连接，节点区域柱上外伸端板(4)上孔洞二的直径大于摩擦材料板(9)和节点区域柱上外伸端板(4)上孔洞二的直径，以允许节点区域柱上外伸端板(4)和摩擦材料板(9)在地震中可相对滑移以实现梁端摩擦耗能。
9.根据权利要求1所述的一种摩擦耗能自复位全装配式节点，其特征在于：所述无粘结预应力筋(5)为预应力钢绞线、预应力钢束丝、FRP筋或CFRP筋中一种。
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