CN108951863A - 预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，包括预制的组合工字型梁柱、预制的工字型钢梁一、U型青铜片、高强螺栓、预应力筋，梁柱伸出端为工字型钢梁二，工字型钢梁一和工字型钢梁二翼缘处均对称焊接两个三角形钢板，预应力筋两端分别穿过工字型钢梁一和工字型钢梁二上的三角形钢板上的安装孔，工字型钢梁二的腹板上留有U型空槽，工字型钢梁伸出的端头为外凸的弧形端头，工字型钢梁二的腹板上、U型青铜片、弧形端头上均留有圆形孔洞和四个弧形长圆孔洞。本发明解决了目前建筑连接节点抗震性能较差，破坏后无法恢复的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构连接节点，具体涉及预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点。
背景技术
伴随着全球经济的高速发展，出现了越来越多的高楼同时也出现了很多的为适应高速发展市场需求的装配式建筑，但装配式建筑的抗震性仍然是一个急需解决的问题，它严重影响了装配式建筑的发展。当然建筑的抗震性一直以来都是建筑专业的疑难杂症。而一个结构具有较好的抗震性是至关重要的，就以往的节点结构来说其抗震能力是由节点的变形来消耗和存储地震传来的能量。当中使用较多的减震耗能装置一种叫做阻尼器，到现在为止对其研究已经非常深入，其种类也是非常之多，总体说来主要有摩擦阻尼器、粘弹阻尼器、金属阻尼器、黏性液体阻尼器等等，另外还有种在节点抗震领域一直是热点话题的形式叫做可修复体系，而当中具有可恢复功能的预应力钢框架体系，既能够发挥预应力钢结构的优势，在强震发生后又具有控制结构损伤，震后容易修复等优点，因此成为了钢结构领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可修复的钢结构梁柱连接节点的抗震耗能连接形式，解决了目前建筑连接节点抗震性能较差，破坏后无法恢复的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，包括预制的组合工字型梁柱、预制的工字型钢梁一、U型青铜片、高强螺栓、预应力筋，所述梁柱伸出端为工字型钢梁二，所述工字型钢梁一和工字型钢梁二翼缘处均对称焊接两个三角形钢板，所述三角形钢板上设有安装孔，所述预应力筋两端分别穿过工字型钢梁一和工字型钢梁二上的三角形钢板上的安装孔，所述工字型钢梁二的腹板上留有U型空槽，所述U型青铜片插入U型空槽内，所述工字型钢梁伸出的端头为外凸的弧形端头，所述弧形端头插入U型青铜片内，所述弧形端头的中心处留有圆形孔洞，所述圆形孔洞周围留有四个弧形长圆孔洞，所述工字型钢梁二的腹板上、U型青铜片均留有与弧形端头上相同的圆形孔洞和四个弧形长圆孔洞，所述高强螺栓分别依次穿过工字型钢梁二、U型青铜片、弧形端头上的孔洞将工字型钢梁一和工字型钢梁二固定。
优选地，所述工字型钢梁二的腹板厚度从14mm逐渐增加到30mm厚，且靠近工字型钢梁一的一端为30mm厚。
优选地，所述U型空槽的厚度为14mm。
优选地，所述弧形端头的厚度为8mm。
优选地，所述预应力筋与工字型钢梁二平行设置。
优选地，所述四个弧形长圆孔关于圆形孔洞圆心对称。
优选地，还包括梯形橡胶块，所述梯形橡胶块插在U型青铜片与U型空槽之间的间隙内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)结构简单，设计巧妙，本发明采用了工程上常用的简易阻尼器来在节点在受到震动时产生低周往复运动时不断消耗其地震产生的能量；同时连接处上下翼缘处的预应力筋可以提供预拉力，使结构节点更加像一个整体，发生地震时其充当第一重保护措施，在结构所在地发生较大破坏时，结构的上下预应力筋首先被拉断而连接节点腹板处由于可以发生相对转动，一般不会发生严重的破坏，在震后通过更换上下预应力筋就可以恢复结构节点，修复成本很低，抗震性好，破坏后一般还能起到正常作用，对正常使用影响较小。
(2)U型空槽处的结构构成阻尼器，预应力筋在外侧，离腹板中心较远，可以提供较大的拉应力产生较大的反弯矩，可以最大限度的限制地震产生的上下震动，要想产生低周反复震动，必须先使预应力筋产生屈服，后面阻尼器将产生作用，以弥补上下预应力筋破坏后对结构抗震性的损失，组合起来节点的抗震效果比较优异，破坏主要发生在预应力筋上，保护了梁柱连接区，使结构不至于整体发生破坏；
(3)本发明采用连接节点采用拼装和螺栓连接是全干式连接，实现全装配可拆卸重组化，并节约工期、降低成本。
(4)本发明可修复的钢结构梁柱连接节点的抗震耗能连接形式为半刚性形式，并同时考虑到平面何在组合效应和平面外荷载组合效应对结构的影响，地震作用下，节点可在平面内发生相对的转动，提高了结构的抗震性能，减小了地震带来的破坏。
(5)本发明的连接节点方便了梁柱连接的拆卸工作，便于后期的破坏后的更换维修，真正实现构件装配化，符合当前“百年住宅”理念，可助推IS体系在国内的应用。
(6)大部分工序可以在装配式工厂完成，而且现场安装工艺简单，方便快捷，对技术工人要求很低，理念前卫，实现全装配可拆卸重组化，并节约工期、降低成本。
附图说明
图1是本发明实施例中预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点的正视图；
图2是本发明实施例中预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点的俯视图；
图3是图1中沿A-A方向的剖视图；
图4是图2中沿B-B方向的剖视图；
图5是本发明实施例中梁柱的正视图；
图6是本发明实施例中工字型钢梁一的正视图；
图7是本发明实施例中工字型钢梁一的俯视图；
图8是本发明实施例中工字型钢梁二的侧视图；
图9是本发明实施例中U型青铜片的结构示意图；
图10是本发明实施例中U型青铜片的侧视图；
图11是本发明实施例中梯形橡胶块的结构示意图；
图中，1、梁柱，2、工字型钢梁一，3、U型青铜片，4、高强螺栓，5、预应力筋，6、梯形橡胶块，7、工字型钢梁二，8、U型空槽，9、三角形钢板，10、圆形孔洞，11、弧形长圆孔洞，12、弧形端头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-11所示，预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，包括预制的组合工字型梁柱1、预制的工字型钢梁一2、U型青铜片3、高强螺栓4、预应力筋5、梯形橡胶块6。
预制的梁柱1伸出端为工字型钢梁二7，工字型钢梁二7的腹板厚度从14mm逐渐增加到30mm厚，且靠近工字型钢梁一2的一端为30mm厚，工字型钢梁二7的腹板上留有14mm厚的U型空槽8，U型空槽8外侧开口较中间大，以提供相对上下转动的空间；在工字型钢梁二7翼缘处均对称焊接两个三角形钢板9，三角形钢板9上预留有穿插预应力筋5的安装孔，为后期安装预应力筋5做准备；在工字型钢梁二7的腹板上预留有一个圆形孔洞10和四个弧形长圆孔洞11，用于安装高强螺栓4。
预制的工字型钢梁一2伸出的端头做成外凸的弧形端头12，弧形端头12由一个半圆和长方形组成，厚度为8mm，弧形端头12的中心处留有与工字型钢梁一2上相同的圆形孔洞10，以供插入高强螺栓4起到固定的作用；圆形孔洞10周围也留有四个弧形长圆孔洞11，四个弧形长圆孔11关于圆形孔洞10圆心对称，以供发生相对运动时起到摩擦型阻尼器的作用；在工字型钢梁一2翼缘处均对称焊接两个三角形钢板9，三角形钢板9上预留有穿插预应力筋5的安装孔，为后期安装预应力筋5做准备。
U型青铜片3的截面由一个半圆和一个长方形组成，且半圆的直径大于长方形与半圆的公共边的长度，U型青铜片留有与弧形端头上相同的圆形孔洞和四个弧形长圆孔洞，U型青铜片3用于插入U型空槽8内，用来提供提高连接件处的抗滑移系数，增大梁柱连接件间的摩擦力，起到摩擦耗能的作用，减小节点结构的破坏。
高强螺栓4分别依次穿过工字型钢梁二7、U型青铜片3、弧形端头12上的孔洞将工字型钢梁一2和工字型钢梁二7固定并施加预紧力，力的方向垂直与接触面，使连接部位紧密接触，这是阻尼器起作用的一个重要条件。
预应力筋5两端分别穿过工字型钢梁一2和工字型钢梁二7上的三角形钢板9上的安装孔，预应力筋5与工字型钢梁二7平行设置，起到限制连接处相对转动的效果，在发生地震时首先发生破坏，使节点得到保护，震后可以迅速修复，起到自修复的作用，体现了结构抗震上的分级保护的原则。
梯形橡胶块6插在U型青铜片3与U型空槽8之间的间隙内，起临时固定的作用，同时由于橡胶具有一定的弹性，也可以让节点发生一定角度的转动，避免节点处型钢产生破坏。
具体的操作如下：在工厂先预制好所有构件，然后在现场进行组装。先将U型青铜片3塞进U型空槽8内，将孔洞对齐；在U型青铜片3上下侧分别加梯形橡胶块6，使钢梁上下震动时保护工字型钢梁一伸出端防止与钢梁柱相互碰撞而损坏，同时由于梯形橡胶块6具有弹性，可以方便钢梁相对转动；然后将预制工字型钢梁一插入U型青铜片3中，使孔洞对齐，然后将高强螺栓4安装到相应的孔洞上，施加预应力；最后在三角形钢板9上安装预应力筋5，根据需求确定具体的个数，在预应力筋5上根据需求施加预应力，达到拉紧固定的作用。
钢梁受到地震时，上下多根预应力筋5将起到拉紧固定的作用，发生上下震动时先要克服起拉力，起到减小振幅，消耗地震能量的作用，构成结构抗震的第一道防线；而U型空槽8处组装而成的阻尼器是在预应力筋被5拉变形后，工字型钢梁一2环绕中间高强螺栓4相对转动时，发生相对的转动进一步的消耗能量，上部梯形橡胶块6起到了临时固定，保护连接处防止转动时相互碰撞，而且橡胶具有弹性，方便钢梁转动；中间腹板处的摩擦型阻尼器起到了第二道防线的作用。
预应力筋5和U型空槽8处的组装而成的摩擦型阻尼器使装配式结构节点具有半刚性的特点，从而提高节点的整体性和抗震性。由于钢节点采用的焊接较少从而减少了结构应力集中，减少了现场安装的工艺要求，只需现场安插进相应的空槽，加上规定的预应力即可，从而使装配式结构节点具有更好的可靠性和整体性，操作简单。
在本实施例的预制装配式钢结构可修复抗震耗能连接节点中，采用了两道防线来进行结构的抗震，并且其结构与刚性连接不同，它允许结构节点的相对转动，避免了节点的刚性破坏，一般情况下，上下的预应力筋5首先发生破坏，然后腹板中部的阻尼器再起作用，由于其连接处具有梯形橡胶块6，允许其上下转动，所以在发生相对震动时一般结构不会发生破坏，只会上下转动，除非在特大的地震时可能会有轻微破坏，耗能效果好；
在本实施例的预制装配式钢结构可修复抗震耗能连接节点中，一般情况下连接处腹板连接损伤较小，上下预应力筋5被拉断或者被拉屈服，起到保护节点的作用，震后可以通过更换上下预应力筋达到迅速恢复的效果，体现其他节点无法具有有的震时结构破坏较小，震后可以迅速修理恢复的效果，体现可修复性；
在本实施例的预制装配式钢结构可修复抗震耗能连接节点中，可以根据各地地震烈度的不同，合理改变节点形式，如上下预应力筋的个数、预施加的预应力大小、中间U型青铜片的粗糙度、中间高强螺栓预应力大小、上下梯形橡胶块的弹性等，这些参数都可以根据各地情况分别设计，结构修改方便，基本上都是在工厂完成，现场施工简单。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：包括预制的组合工字型梁柱、预制的工字型钢梁一、U型青铜片、高强螺栓、预应力筋，所述梁柱伸出端为工字型钢梁二，所述工字型钢梁一和工字型钢梁二翼缘处均对称焊接两个三角形钢板，所述三角形钢板上设有安装孔，所述预应力筋两端分别穿过工字型钢梁一和工字型钢梁二上的三角形钢板上的安装孔，所述工字型钢梁二的腹板上留有U型空槽，所述U型青铜片插入U型空槽内，所述工字型钢梁伸出的端头为外凸的弧形端头，所述弧形端头插入U型青铜片内，所述弧形端头的中心处留有圆形孔洞，所述圆形孔洞周围留有四个弧形长圆孔洞，所述工字型钢梁二的腹板上、U型青铜片均留有与弧形端头上相同的圆形孔洞和四个弧形长圆孔洞，所述高强螺栓分别依次穿过工字型钢梁二、U型青铜片、弧形端头上的孔洞将工字型钢梁一和工字型钢梁二固定。
2.根据权利要求1所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：所述工字型钢梁二的腹板厚度从14mm逐渐增加到30mm厚，且靠近工字型钢梁一的一端为30mm厚。
3.根据权利要求2所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：所述U型空槽的厚度为14mm。
4.根据权利要求3所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：所述弧形端头的厚度为8mm。
5.根据权利要求1所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：所述预应力筋与工字型钢梁二平行设置。
6.根据权利要求1所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：所述四个弧形长圆孔关于圆形孔洞圆心对称。
7.根据权利要求1所述的预制装配钢结构可修复的抗震耗能连接节点，其特征在于：还包括梯形橡胶块，所述梯形橡胶块插在U型青铜片与U型空槽之间的间隙内。
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2018
- 2018-10-10 CN CN201811176701.5A patent/CN108951863A/zh active Pending
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