CN108842912B - 装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一种装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点，包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、柱端预埋钢板、摩擦片、梁端预埋钢板、无粘结预应力钢绞线、预应力钢绞线孔道；柱端预埋钢板上焊有端板锚固钢筋和摩擦轨道钢板，梁端预埋钢板上焊有抗剪栓钉，预制钢筋混凝土梁上预留螺栓孔道，高强螺栓穿过预制钢筋混凝土梁上端部的螺栓孔道将位于预制钢筋混凝土梁顶部和底部的摩擦片、摩擦轨道钢板和梁端预埋钢板连接起来，并紧固高强螺栓施加压力。本发明通过摩擦耗能，且摩擦片可更换，使得预制装配式混凝土框架结构在高强度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力。

Description

装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点
技术领域
本发明涉及结构工程抗震与减震技术领域，具体地说是一种装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点。
背景技术
我国的装配式结构主要采用装配整体式，即“等同现浇”的理论模式。装配整体式结构的抗震性能接近现浇结构，但节点仍需要现浇，装配程度不高。通过预应力钢绞线将预制构件拼接而成的后张预应力装配式结构，不仅能够方便施工，而且使用阶段能够承受梁端弯矩，震后的结构在预应力钢绞线的作用下能够使残余变形大大减小，大幅降低震后结构的修复费用和间接损失。单纯的预应力拼接装配式结构的耗能能力不足，因此增加耗能装置来提高结构的耗能能力。
传统的工程结构抗震体系是通过增强结构本身的性能来“抵抗”地震作用，即通过增强结构构件的抗力、增加延性等措施储存和耗散地震能量，但是这种方法存在着安全性难以保证、适应能力差、经济性欠佳的局限性。消能减震技术为结构抗震提供了一条合理有效的途径。在减震技术当中，被动耗能装置因其构造简单、造价低以及易于维护等优点，成为目前发展成熟且应用较为广泛的振动控制技术。
摩擦阻尼器可以提供较大的初始刚度和附加阻尼，具有良好的耗能能力，且耗能性能受荷载大小、加载频率和加载循环次数的影响较小，在地震作用后，如果摩擦片损耗严重，可以进行更换，且成本低廉。
发明内容
为了解决传统装配式自复位预应力结构耗能能力差的缺点，本发明提供了一种施工方便、耗能效果显著的装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点，使得装配式结构在高强度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力。
本发明采用的技术方案为：装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点，其特征在于：包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、柱端预埋钢板、无粘结预应力钢绞线、第一预应力钢绞线孔道、第二预应力钢绞线孔道、第三预应力钢绞线孔道、摩擦耗能装置；所述摩擦耗能装置包括2个摩擦片、2个梁端预埋钢板、2个摩擦轨道钢板、2个高强螺栓；所述柱端预埋钢板上焊有端板锚固钢筋并且设有第二预应力钢绞线孔道；所述梁端预埋钢板上设有螺栓口且焊有抗剪栓钉；所述预制钢筋混凝土梁包括螺栓孔道、抗剪栓钉孔和第一预应力钢绞线孔道；
所述螺栓孔道设置在预制钢筋混凝土梁内并且位于左端；
所述预制钢筋混凝土梁沿长度方向设有2个第一预应力钢绞线孔道，所述预制钢筋混凝土柱内沿宽度方向设有2个第三预应力钢绞线孔道，所述第一预应力钢绞线孔道与所述第三预应力钢绞线孔道横截面尺寸相同且同轴对应，所述2根无粘结预应力钢绞线分别穿过第一预应力钢绞线孔道和第三预应力钢绞线孔道将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁连接起来；所述柱端预埋钢板固定安装在预制钢筋混凝土柱上并且位于与预制钢筋混凝土梁的左端面与预制钢筋混凝土柱之间；
所述预制钢筋混凝土梁的左端顶面设有凹处，所述凹处长度与梁端预埋钢板长度相同，宽度与预制钢筋混凝土梁宽度相同；
所述2个梁端预埋钢板分别安装在所述凹处和与凹处相对应的预制钢筋混凝土梁的下表面左端；所述螺栓口与螺栓孔道相对应，所述抗剪栓钉与抗剪栓钉孔相对应，所述摩擦轨道钢板放置在梁端预埋钢板上且摩擦轨道钢板靠近柱端预埋钢板的一边与柱端预埋钢板焊接，所述摩擦片放置在摩擦轨道钢板上，高强螺栓依次穿过预制钢筋混凝土梁上面的摩擦片、摩擦轨道钢板和梁端预埋钢板，同时穿过螺栓孔道，接着穿过预制钢筋混凝土梁下面的梁端预埋钢板、摩擦轨道钢板和摩擦片，通过螺栓将所述摩擦耗能装置和固定预制钢筋混凝土梁在一起。
优选的，所述摩擦轨道钢板上设有条形运动轨道，以满足摩擦耗能过程中高强螺栓与摩擦轨道钢板相对运动所需的行程。
优选的，所述摩擦片上设有螺栓洞口。
优选的，所述柱端预埋钢板焊有的端板锚固钢筋锚于预制钢筋混凝土柱内一侧。
本发明主要通过摩擦耗能，在地震作用下，预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁构件的相对转动将使得摩擦轨道钢板在摩擦片和梁端预埋钢板之间运动，通过摩擦大量耗散地震能量，以保证主体结构的安全。在构件自复位时，预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁构件在无粘结预应力钢绞线的作用下恢复变形，摩擦耗能装置在自复位过程中也随之耗能，直至主体结构复位至原始位置。
摩擦耗能装置，可以通过加大摩擦片的尺寸和调节螺栓施加的压力来调整摩擦力的大小，进而调整节点的耗能能力，具有很大的灵活性。所述摩擦耗能装置，作为耗能构件，除了能起到耗散地震能量的作用，还可以承担一部分的梁端荷载，起到连接预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁构件的作用。
摩擦耗能装置，布置在预制钢筋混凝土梁端顶部凹处和底部，且梁端顶部的摩擦耗能装置不影响楼板的布置。并且摩擦片是通过螺栓孔道中的高强螺栓固定，地震作用后，可以在不破坏楼板的情况下更换摩擦片。
本发明，重点解决装配式框架节点的耗能问题，并通过预应力钢绞线使得结构具有自复位功能，在保证装配式结构抗震性能的前提下，能够有效地消除或减少结构的残余变形，并为结构的震后修复提供便利。
有益效果：采用本发明结构后，装配式自复位预应力混凝土框架结构在地震作用下的耗能能力有了显著的提升，从而获得以下优异的性能：1、所有构件可以在工厂预制，不需要现场湿作业，减少人工成本和环境污染，加快施工进度；2、采用无粘结预应力钢绞线，具有自复位能力，大大减少了结构的残余变形，并且预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁构件基本保持弹性状态，作为耗能构件的摩擦耗能装置安装方便且易更换，为震后修复提供便利；3、采用摩擦耗能装置作为耗能构件，可以提供较大的初始刚度和附加阻尼，在具有良好耗能能力的基础上又减小了层间位移，摩擦耗能装置的耗能性能受荷载大小、加载频率和加载循环次数的影响较小，耗能能力优异且稳定；4、根据结构的实际需求，可以通过加大摩擦片的尺寸和调节螺栓施加的压力来调整摩擦力的大小，进而调整节点的耗能能力，在实际工程应用中具有很大的灵活性；5、摩擦耗能装置布置在梁端的顶面凹处和底面，不影响楼板的布置，并且能够实现在不破坏楼板的情况下对摩擦片进行更换；6、摩擦耗能装置作为耗能构件，除了能够提供优异的耗能性能，还能够在一定程度上增强节点的抗震性能；7、采用了预应力技术，节点的初始刚度大。
附图说明
图1为本发明装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点的三维示意图。
图2为本发明装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点的正视图。
图3为本发明中的柱端预埋钢板三维示意图。
图4为本发明中的梁端预埋钢板三维示意图。
图5为本发明中的预制钢筋混凝土梁与梁端预埋钢板连接三维示意图。
图6为本发明中的摩擦耗能装置局部三维示意图。
图中：1-预制钢筋混凝土柱、2-预制钢筋混凝土梁、3-柱端预埋钢板、4-摩擦片、41-螺栓洞口、5-梁端预埋钢板、51-螺栓口、6-摩擦轨道钢板、61-条形运动轨道、7-无粘结预应力钢绞线、81-第一预应力钢绞线孔道、82-第二预应力钢绞线孔道、83-第三预应力钢绞线孔道、9-高强螺栓、10-端板锚固钢筋、11-抗剪栓钉、12-螺栓孔道、13-摩擦耗能装置、14-抗剪栓钉孔、15-凹处。
下面结合附图对本发明做进一步阐述。
具体实施方式
实施例1
如图1-图6所示，本发明的装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点，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、柱端预埋钢板3、无粘结预应力钢绞线7、第一预应力钢绞线孔道81、第二预应力钢绞线孔道82、第三预应力钢绞线孔道83、摩擦耗能装置13；所述摩擦耗能装置13包括摩擦片4、梁端预埋钢板5、摩擦轨道钢板6、高强螺栓9；所述柱端预埋钢板3上焊有端板锚固钢筋10并且设有第二预应力钢绞线孔道82；所述梁端预埋钢板5上设有螺栓口51且焊有抗剪栓钉11；所述预制钢筋混凝土梁2包括螺栓孔道12、抗剪栓钉孔14和第一预应力钢绞线孔道81；所述螺栓孔道12位于预制钢筋混凝土梁2与预制钢筋混凝土柱1连接处的端部；所述预制钢筋混凝土梁2沿长度方向设有2个第一预应力钢绞线孔道81，所述预制钢筋混凝土柱1内沿宽度方向设有2个第三预应力钢绞线孔道83，所述第一预应力钢绞线孔道81与所述第三预应力钢绞线孔道83横截面尺寸相同且位置对应，所述2根无粘结预应力钢绞线7分别穿过第一预应力钢绞线孔道81和第三预应力钢绞线孔道83将预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2连接起来施加预应力，将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁构件拼接起来并产生预压力；所述预制钢筋混凝土柱1与预制钢筋混凝土梁2连接处设有柱端预埋钢板3，所述柱端预埋钢板3焊有的端板锚固钢筋10锚于预制钢筋混凝土柱1内一侧；所述预制钢筋混凝土梁2在与预制钢筋混凝土柱1的连接处的顶面设有凹处15，所述凹处15长度与梁端预埋钢板5长度相同，宽度与预制钢筋混凝土梁2宽度相同，以保证梁顶的摩擦耗能装置不影响楼板的布置；所述摩擦耗能装置13对称布置在预制钢筋混凝土梁2的顶面凹处15和底面，以避免摩擦耗能装置在摩擦耗能过程中对预制钢筋混凝土梁2造成损伤；所述摩擦耗能装置13的梁端预埋钢板5安装在所述凹处15，所述螺栓口51与螺栓孔道12相对应，所述抗剪栓钉11与抗剪栓钉孔14相对应，使得梁端预埋钢板5与预制钢筋混凝土梁2端的钢筋混凝土能够有效地传递荷载，所述摩擦轨道钢板6放置在梁端预埋钢板5之上且摩擦轨道钢板6一端部与柱端预埋钢板3焊接，使得柱端预埋钢板3在与预制钢筋混凝土梁2接触一侧的顶部和底部各焊接一个摩擦轨道钢板6；所述摩擦片4放置在摩擦轨道钢板6之上，高强螺栓9穿过螺栓孔道12，将摩擦片4、摩擦轨道钢板6和梁端预埋钢板5固定在一起，并紧固高强螺栓9以保证摩擦耗能所需的压力。此外，可以通过高强螺栓9来调整摩擦力的大小，进而调整耗能能力，也可以通过加大摩擦片4的尺寸来增强节点的耗能能力。
优选的，所述摩擦轨道钢板6上设有条形运动轨道61，以满足摩擦耗能过程中高强螺栓9与摩擦轨道钢板6相对运动所需的行程。
优选的，所述摩擦片4上设有螺栓洞口41。
在本发明中，摩擦耗能装置13布置在预制钢筋混凝土梁2端顶部凹处15和底部，且梁端顶部的摩擦耗能装置13不影响楼板的布置，并且摩擦片4是通过螺栓孔道12中的高强螺栓9固定，震后可以在不破坏楼板的情况下更换摩擦片4。
在本发明中，自复位功能主要通过预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2内的无粘结预应力钢绞线7实现。在地震作用达到一定程度时，预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2的接触面张开，地震作用后，预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2构件在无粘结预应力钢绞线7作用下复位到原始位置。
摩擦耗能装置13，除了作为结构的耗能构件消耗地震能量，减轻震害，保护结构的主要受力构件，另一方面，还可以增大结构的侧向刚度，减小结构在地震作用下的层间位移。

Claims (1)

1.一种装配式自复位预应力混凝土框架摩擦耗能节点，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)、柱端预埋钢板(3)、无粘结预应力钢绞线(7)、第一预应力钢绞线孔道(81)、第二预应力钢绞线孔道(82)、第三预应力钢绞线孔道(83)、摩擦耗能装置(13)；所述摩擦耗能装置(13)包括2个摩擦片(4)、2个梁端预埋钢板(5)、2个摩擦轨道钢板(6)、2个高强螺栓(9)；所述柱端预埋钢板(3)上焊有端板锚固钢筋(10)并且设有第二预应力钢绞线孔道(82)；所述梁端预埋钢板(5)上设有螺栓口(51)且焊有抗剪栓钉(11)；所述预制钢筋混凝土梁(2)包括螺栓孔道(12)、抗剪栓钉孔(14)和第一预应力钢绞线孔道(81)；
所述螺栓孔道(12)设置在预制钢筋混凝土梁(2)内并且位于左端；
所述预制钢筋混凝土梁(2)沿长度方向设有2个第一预应力钢绞线孔道(81)，所述预制钢筋混凝土柱(1)内沿宽度方向设有2个第三预应力钢绞线孔道(83)，所述第一预应力钢绞线孔道(81)与所述第三预应力钢绞线孔道(83)横截面尺寸相同且同轴对应，所述2根无粘结预应力钢绞线(7)分别穿过第一预应力钢绞线孔道(81)和第三预应力钢绞线孔道(83)将预制钢筋混凝土柱(1)和预制钢筋混凝土梁(2)连接起来；所述柱端预埋钢板(3)固定安装在预制钢筋混凝土柱(1)上并且位于与预制钢筋混凝土梁(2)的左端面与预制钢筋混凝土柱(1)之间；
所述预制钢筋混凝土梁(2)的左端顶面设有凹处(15)，所述凹处(15)长度与梁端预埋钢板(5)长度相同，宽度与预制钢筋混凝土梁(2)宽度相同；
所述2个梁端预埋钢板(5)分别安装在所述凹处(15)和与凹处(15)相对应的预制钢筋混凝土梁(2)的下表面左端；所述螺栓口(51)与螺栓孔道(12)相对应，所述抗剪栓钉(11)与抗剪栓钉孔(14)相对应，所述摩擦轨道钢板(6)放置在梁端预埋钢板(5)上且摩擦轨道钢板(6)靠近柱端预埋钢板(3)的一边与柱端预埋钢板(3)焊接，所述摩擦片(4)放置在摩擦轨道钢板(6)上，高强螺栓(9)依次穿过预制钢筋混凝土梁(2)上面的摩擦片(4)、摩擦轨道钢板(6)和梁端预埋钢板(5)，同时穿过螺栓孔道(12)，接着穿过预制钢筋混凝土梁(2)下面的梁端预埋钢板(5)、摩擦轨道钢板(6)和摩擦片(4)，通过螺栓将所述摩擦耗能装置(13)和固定预制钢筋混凝土梁(2)在一起；
所述摩擦轨道钢板(6)上设有条形运动轨道(61)；
其中，所述摩擦片(4)上设有螺栓洞口(41)；
所述柱端预埋钢板(3)焊有的端板锚固钢筋(10)锚于预制钢筋混凝土柱(1)内一侧。
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