CN109235681A - 一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、柱端预埋钢板、梁端预埋钢板、剪力传递杆、软钢阻尼器、高强螺栓、无粘结预应力钢绞线、梁端连接件、预应力钢绞线孔道；柱端预埋钢板上焊有端板锚固钢筋和抗剪支座；梁端连接件通过预埋螺栓固定于预制钢筋混凝土梁两侧；梁端预埋钢板和剪力传递杆预埋于预制钢筋混凝土梁端部；软钢阻尼器一端焊接在柱端预埋钢板上，另一端焊接在梁端连接件上，通过软钢的低屈服和滞回特性来耗散地震能量，软钢阻尼器可更换，本发明使得预制装配式混凝土框架结构在高烈度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力，且损伤较小。

Description

一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点

技术领域

本发明涉及一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，属于装配式结构领域。

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。

软钢阻尼器是依靠软钢的屈服来耗能，软钢的屈服荷载较低，低屈服点的软钢在地震下先于主体结构进入屈服阶段，凭借其在塑性阶段良好的滞回特性来耗散地震能量，保护主体结构的安全。软钢阻尼器通过刚度较大的连接构件与主体结构相连，在地震作用后，如果软钢阻尼器受损严重，可以进行更换，并且成本低廉。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，该节点施工方便、耗能效果显著，使得装配式结构在高烈度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力，且损伤较小，解决传统装配式自复位预应力结构耗能能力差的缺点，在地震中耗散地震能量，在地震后不需修复或稍加修复即可继续使用。

技术方案：本发明提供了一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，该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、软钢阻尼器、梁端连接件、无粘结预应力钢绞线、预应力钢绞线孔道、抗剪支座、剪力传递杆和梁端预埋钢板；所述的梁端预埋钢板固定于预制钢筋混凝土梁的端面，剪力传递杆预埋在预制钢筋混凝土梁靠近端部的位置，梁端连接件对称固定于预制钢筋混凝土梁的左右两侧；所述的柱端预埋钢板固定于钢筋混凝土柱柱面上，在柱端预埋钢板面向预制钢筋混凝土梁的侧面上固定有抗剪支座，剪力传递杆与抗剪支座连接；所述的软钢阻尼器对称布置在预制钢筋混凝土梁的左右两侧，软钢阻尼器的一端固定于柱端预埋钢板上，另一端固定于梁端连接件上；所述的无粘结预应力钢绞线通过预应力钢绞线孔道，穿过预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁的接触面，将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁连接起来。

其中：

所述的梁端预埋钢板固定于预制钢筋混凝土梁的端面，梁端预埋钢板面向预制钢筋混凝土梁的一侧焊有梁端预埋钢板锚固钢筋,且梁端预埋钢板锚固钢筋预埋于预制钢筋混凝土梁的梁体内，梁端预埋钢板位于预制钢筋混凝土梁的端面。

所述的梁端连接件对称固定于预制钢筋混凝土梁的左右两侧，是指两个梁端连接件分别对称设置于预制钢筋混凝土梁的左右两侧，通过高强螺栓穿过梁端连接件和预制钢筋混凝土梁，将梁端连接件和预制钢筋混凝土梁固定在一起。

所述的高强螺栓的长度大于预制钢筋混凝土梁的宽度，但不大于预制钢筋混凝土柱的宽度。

所述的预制钢筋混凝土梁的宽度小于预制钢筋混凝土柱的宽度。

所述的柱端预埋钢板固定于钢筋混凝土柱柱面上，柱端预埋钢板面向钢筋混凝土柱的一侧焊有端板锚固钢筋，端板锚固钢筋预埋于钢筋混凝土柱的柱内，柱端预埋钢板位于钢筋混凝土柱的柱面。

所述的在柱端预埋钢板面向预制钢筋混凝土梁的侧面上固定有抗剪支座，是指抗剪支座焊接在柱端预埋钢板面向预制钢筋混凝土梁的侧面中部布置；所述的剪力传递杆与抗剪支座连接是指剪力传递杆的两端放置在抗剪支座的槽道中，二者相对滑动及滚动。

所述的软钢阻尼器包括翼缘和腹板，翼缘用于固定软钢阻尼器，腹板是主要耗能件；软钢阻尼器对称设置在抗剪支座的上方和下方，且抗剪支座与其上方、下方的软钢阻尼器的总高度不超出预制钢筋混凝土梁的高度。

所述的软钢阻尼器的一端固定于柱端预埋钢板上，另一端固定于梁端连接件上，是指软钢阻尼器的一个翼缘焊接固定于柱端预埋钢板上，另一个翼缘焊接定于梁端连接件上。

所述的腹板上设有圆形孔和条形孔，圆形孔将大幅提高软钢的变形能力，而且还可以通过改变条形孔的大小和位置以及钢板的厚度来调节软钢阻尼器的耗能能力。

所述软钢阻尼器包括用于固定软钢阻尼器的翼缘部分和作为耗能件的留有圆形孔的腹板部分，整个软钢阻尼器的高度不超过预制钢筋混凝土梁高。

所述软钢阻尼器布设在梁侧，方便正常使用阶段的检修与震后的更换。

所述的无粘结预应力钢绞线的数量为2条。

钢筋混凝土梁柱构件在工厂预制，现场安装就位后，无粘结预应力钢绞线穿过预制钢筋混凝土梁柱构件的预留孔道，张拉无粘结预应力钢绞线并锚固。在地震作用下，无粘结预应力钢绞线承担梁端弯矩，并为梁柱构件发生相对转角时提供自复位能力，节点的耗能构件采用软钢阻尼器，地震作用后，软钢阻尼器可以进行更换。柱端预埋钢板，其锚于柱内一侧焊有端板锚固钢筋，与梁接触一侧的中部焊有抗剪支座，承担梁端剪力。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明提供的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点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)焊接在柱端预埋钢板上的抗剪支座能够承担梁端剪力，在强震作用下，避免梁柱拼接面处的预应力钢绞线受剪切破坏；

3)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梁柱构件基本保持弹性状态，作为耗能构件的软钢阻尼器安装方便且易更换，为震后修复提供便利；

4)采用软钢阻尼器作为耗能构件，在小震阶段，耗能钢板可以增大结构的侧向刚度，减小层间位移；在大震阶段，耗能钢板的滞回变形可以消耗地震能量，从而保护主要受力构件，减轻震害；

5)根据结构的实际需求，可以对软钢阻尼器上耗能钢板的厚度以及开孔大小和位置进行调整，从而调节软钢阻尼器的耗能性能，便于应用；

6)采用了预应力技术，节点的初始刚度大；

7)梁端预埋钢板能够有效降低梁端混凝土的损伤。

附图说明

图1为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点三维示意图；

图2为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点正视图；

图3为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点的柱端预埋钢板三维示意图；

图4为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点的梁端连接件三维示意图；

图5为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点的软钢阻尼器三维示意图；

图6为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点的剪力传递杆三维示意图；

图7为本发明的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点的梁端预埋钢板三维示意图；

图中有：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-软钢阻尼器、5-高强螺栓、6-梁端连接件、7-无粘结预应力钢绞线、8-预应力钢绞线孔道、9-抗剪支座、10-端板锚固钢筋、11-剪力传递杆、12-梁端预埋钢板和13-梁端预埋钢板锚固钢筋。

具体实施方式

本发明公开的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，该节点在预应力装配式节点的基础上，在预制钢筋混凝土梁端布置软钢阻尼器，通过软钢的低屈服和滞回特性来耗散地震能量。在地震作用下，梁柱构件的相对转动将带动软钢阻尼器4变形，低屈服点的软钢阻尼器4会先于主体结构进入屈服阶段，从而大量耗散地震能量，以保证主体结构的安全；在构件自复位时，预制钢筋混凝土梁柱构件在无粘结预应力钢绞线7的作用下恢复变形，软钢阻尼器4在自复位过程中也随着变形耗能，直至主体结构复位至原始位置。

下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

本发明公开了一种采用软钢耗能的预应力装配式低损伤节点构造(如图1～图7所示)，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、软钢阻尼器4、高强螺栓5、梁端连接件6、无粘结预应力钢绞线7、预应力钢绞线孔道8、抗剪支座9、端板锚固钢筋10、剪力传递杆11和梁端预埋钢板12；梁端预埋钢板12面向预制钢筋混凝土梁的一侧焊有梁端预埋钢板锚固钢筋13,且梁端预埋钢板锚固钢筋13预埋于预制钢筋混凝土梁2的梁体内，梁端预埋钢板12位于预制钢筋混凝土梁2的端面，在预制钢筋混凝土梁2靠近端部的位置预埋剪力传递杆11和六根高强螺栓5，高强螺栓5的长度大于预制钢筋混凝土梁2的宽度，且不超过预制钢筋混凝土柱1的宽度；在预制钢筋混凝土梁2的端部两侧设置有梁端连接件6，梁端连接件6上留有螺栓洞口，通过预埋高强螺栓5将两侧的梁端连接件6固定于预制钢筋混凝土梁2的两侧；柱端预埋钢板3面向钢筋混凝土柱1的一侧焊有端板锚固钢筋10，端板锚固钢筋10预埋于钢筋混凝土柱1的柱内，柱端预埋钢板3位于钢筋混凝土柱1的柱面，在柱端预埋钢板3面向预制钢筋混凝土梁2的侧面中部焊接有抗剪支座9，剪力传递杆11的两端放置在抗剪支座9的槽道中，二者相对滑动及滚动；软钢阻尼器4包括翼缘和腹板，其一个翼缘焊接固定于柱端预埋钢板3上，另一个翼缘焊接定于梁端连接件6上，其腹板上设有圆形孔和条形孔，圆形孔将大幅提高软钢的变形能力，而且还可以通过改变条形孔的大小和位置以及钢板的厚度来调节软钢阻尼器的耗能能力；软钢阻尼器4布置在预制钢筋混凝土梁2的两侧，且软钢阻尼器4对称设置在抗剪支座9的上方和下方，抗剪支座9与其上方、下方的软钢阻尼器4的总高度不超出预制钢筋混凝土梁2的高度；预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2里设有两道预应力钢绞线孔道8，无粘结预应力钢绞线7穿过预应力钢绞线孔道8并施加预应力，将预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2拼接起来并产生预压力。

如图1～图2所示，柱端预埋钢板3承担由预制钢筋混凝土梁2通过剪力传递杆11和抗剪支座9传来的剪力、预制钢筋混凝土梁2在预应力作用下对其施加的压力，以及与软钢阻尼器4之间的作用力；安装就位后，穿入无粘结预应力钢绞线7并施加预应力，最后安装梁端连接件6和软钢阻尼器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：梁端剪力由柱端预埋钢板3上的抗剪支座9承担，梁端的弯矩和轴力由无粘结预应力钢绞线7承担。在地震作用达到一定程度时，梁、柱的接触面张开，地震作用后，梁、柱构件在无粘结预应力钢绞线7作用下复位到原始位置。

在本发明中，耗能装置是软钢阻尼器4，软钢阻尼器4布置在预制钢筋混凝土梁2的两侧，其高度不超过预制钢筋混凝土梁高。软钢阻尼器4一端焊接在柱端预埋钢板3上，另一端焊接在梁端连接件6上；可以根据实际需求改变软钢阻尼器4的耗能钢板的厚度以及开孔的形状、尺寸和位置，从而调整其耗能能力。软钢阻尼器4作为结构的耗能构件，除了利用其低屈服和滞回特性来消耗地震能量，保护主要受力构件、减轻震害外，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。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：该节点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)、软钢阻尼器(4)、梁端连接件(6)、无粘结预应力钢绞线(7)、预应力钢绞线孔道(8)、抗剪支座(9)、剪力传递杆(11)和梁端预埋钢板(12)；所述的梁端预埋钢板(12)固定于预制钢筋混凝土梁(2)的端面，剪力传递杆(11)预埋在预制钢筋混凝土梁(2)靠近端部的位置，梁端连接件(6)对称固定于预制钢筋混凝土梁(2)的左右两侧；所述的柱端预埋钢板(3)固定于钢筋混凝土柱(1)柱面上，在柱端预埋钢板(3)面向预制钢筋混凝土梁(2)的侧面上固定有抗剪支座(9)，剪力传递杆(11)与抗剪支座(9)连接；所述的软钢阻尼器(4)对称布置在预制钢筋混凝土梁(2)的左右两侧，软钢阻尼器(4)的一端固定于柱端预埋钢板(3)上，另一端固定于梁端连接件(6)上；所述的无粘结预应力钢绞线(7)通过预应力钢绞线孔道(8)，穿过预制钢筋混凝土柱(1)和预制钢筋混凝土梁(2)的接触面，将预制钢筋混凝土柱(1)和预制钢筋混凝土梁(2)连接起来。

2.如权利要求1所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的梁端预埋钢板(12)固定于预制钢筋混凝土梁(2)的端面，梁端预埋钢板(12)面向预制钢筋混凝土梁(2)的一侧焊有梁端预埋钢板锚固钢筋(13),且梁端预埋钢板锚固钢筋(13)预埋于预制钢筋混凝土梁(2)的梁体内，梁端预埋钢板(12)位于预制钢筋混凝土梁(2)的端面。

3.如权利要求1所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的梁端连接件(6)对称固定于预制钢筋混凝土梁(2)的左右两侧，是指两个梁端连接件(6)分别对称设置于预制钢筋混凝土梁(2)的左右两侧，通过高强螺栓(5)穿过梁端连接件(6)和预制钢筋混凝土梁(2)，将梁端连接件(6)和预制钢筋混凝土梁(2)固定在一起。

4.如权利要求3所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的高强螺栓(5)的长度大于预制钢筋混凝土梁(2)的宽度，但不大于预制钢筋混凝土柱(1)的宽度。

5.如权利要求1所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的柱端预埋钢板(3)固定于钢筋混凝土柱(1)柱面上，柱端预埋钢板(3)面向钢筋混凝土柱(1)的一侧焊有端板锚固钢筋(10)，端板锚固钢筋(10)预埋于钢筋混凝土柱(1)的柱内，柱端预埋钢板(3)位于钢筋混凝土柱(1)的柱面。

6.如权利要求1所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的在柱端预埋钢板(3)面向预制钢筋混凝土梁(2)的侧面上固定有抗剪支座(9)，是指抗剪支座(9)焊接在柱端预埋钢板(3)面向预制钢筋混凝土梁(2)的侧面中部布置；所述的剪力传递杆(11)与抗剪支座(9)连接是指剪力传递杆(11)的两端放置在抗剪支座(9)的槽道中，二者相对滑动及滚动。

7.如权利要求1所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的软钢阻尼器(4)包括翼缘和腹板，其对称设置在抗剪支座(9)的上方和下方，且抗剪支座(9)与其上方、下方的软钢阻尼器(4)的总高度不超出预制钢筋混凝土梁(2)的高度。

8.如权利要求7所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的腹板上设有圆形孔和条形孔。

9.如权利要求7所述的一种装配式自复位预应力混凝土框架软钢耗能低损伤节点，其特征在于：所述的软钢阻尼器(4)的一端固定于柱端预埋钢板(3)上，另一端固定于梁端连接件(6)上，是指软钢阻尼器(4)的一个翼缘焊接固定于柱端预埋钢板(3)上，另一个翼缘焊接定于梁端连接件(6)上。