CN109339237B - 一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点 - Google Patents

一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点 Download PDF

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Abstract

发明提供一种钢梁‑混凝土柱自复位消能节点。该自复位消能节点包括工字钢梁、梁柱连接套筒、屈服消能体、框架混凝土柱和自复位系统。所述梁柱连接套筒包括抗剪连接板和节点区套筒。所述节点区套筒套箍在框架混凝土柱的柱身上。所述节点区套筒的一侧外壁上设置有两块抗剪连接板。所述屈服消能体包括两块消能连接板。所述自复位系统包括设置在腹板两侧的两根预应力钢绞线。该自复位消能节点通过梁柱连接套筒的设计，保证了钢梁与混凝土柱的可靠连接，提高了混凝土柱节点的抗剪和抗弯承载力，使得钢梁的剪力和弯矩能够有效的传递至柱身，避免了节点区域的破坏。

Description

一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，特别涉及一种自复位消能节点。
背景技术
传统的框架结构主要依靠梁、柱等结构构件的塑性变形来耗散地震能量，震后结构将产生较大的塑性残余变形，使得结构难以修复甚至只能拆除重建，从而造成巨大的经济损失。自复位结构是一种旨在减少或消除结构“残余变形”的新型结构形式，典型的自复位结构体系主要由自复位系统和耗能系统两部分组成。自复位系统包括梁、柱节点，预应力钢绞线及形状记忆合金等复位元件。耗能系统由耗能元件或耗能装置构成，如耗能钢筋、角钢、阻尼器等，主要用于消耗地震能量，易于替换，从而减少结构修复时间。
目前，虽然关于自复位体系的研究取得了不少成果，但主要还是对于钢结构框架和混凝土结构框架的研究，对于钢-混凝土混合框架的自复位体系研究较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点，包括工字钢梁、梁柱连接套筒、屈服消能体、框架混凝土柱和自复位系统。
所述工字钢梁包括腹板和两块翼缘板。所述腹板和翼缘板上具有若干螺栓孔。所述框架混凝土柱整体为矩形柱。
所述梁柱连接套筒包括抗剪连接板和节点区套筒。所述节点区套筒套箍在框架混凝土柱的柱身上。所述节点区套筒的一侧外壁上设置有两块抗剪连接板。所述两块抗剪连接板均竖向布置，且相互平行。所述抗剪连接板的板面上具有若干个长槽孔。所述腹板的一端插入两块抗剪连接板之间的缝隙中。所述腹板通过高强螺栓与抗剪连接板连接在一起。
所述屈服消能体包括两块消能连接板。所述消能连接板整体为一块不等边角钢。所述消能连接板包括垂直设置的水平板和竖直板。所述水平板和竖直板为一个整体。所述两块消能连接板分别布置在工字钢梁上下两侧。所述水平板与翼缘板贴合，竖直板与节点区套筒的外壁贴合。所述水平板通过高强螺栓与翼缘板连接。所述竖直板通过螺栓与节点区套筒及框架混凝土柱连接。
所述自复位系统包括设置在腹板两侧的两根预应力钢绞线。所述预应力钢绞线穿过节点区套筒和框架混凝土柱后，通过锚具锚固在锚固板上。
进一步，所述节点区套筒内壁上焊接有若干抗剪连接栓钉。所述节点区套筒与框架混凝土柱浇筑在一起。
进一步，所述屈服消能体还包括两块固定盖板。所述固定盖板为平直钢板。所述固定盖板贴敷在水平板的板面上。高强螺栓依次穿过固定盖板、水平板和翼缘板后旋入螺母。
进一步，所述水平板包括膨大部Ⅰ和膨大部Ⅱ，以及连接在膨大部Ⅰ和膨大部Ⅱ之间的连接部。所述膨大部Ⅰ上设置有螺栓孔。所述膨大部Ⅱ上设置有长槽孔。所述膨大部Ⅱ与竖直板连接。
进一步，所述框架混凝土柱的柱身上具有供螺栓和预应力钢绞线穿过的对穿连接孔。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
1.通过梁柱连接套筒的设计，保证了钢梁与混凝土柱的可靠连接，提高了混凝土柱节点的抗剪和抗弯承载力，使得钢梁的剪力和弯矩能够有效的传递至柱身，避免了节点区域的破坏；
2.屈服消能体充分发挥了屈服消能材料稳定的耗能特性，通过屈服消能钢板的反复拉伸和压缩，使消能钢板吸收和耗散大部分能量，将结构的震害集中在可更换的屈服消能体上，有效控制了结构震后的修复成本；
3.锚固板和预应力钢绞线所组成的复位系统，有效控制结构的残余变形。特别适用于对受力性能和复位效果要求较高的钢梁-混凝土柱混合框架体系。
附图说明
图1为自复位消能节点结构示意图；
图2为梁柱连接套筒结构示意图；
图3为消能连接板结构示意图；
图4为固定盖板结构示意图。
图中：工字钢梁1、腹板101、翼缘板102、梁柱连接套筒2、抗剪连接板201、长槽孔2011、节点区套筒202、屈服消能体3、消能连接板301、水平板3011、膨大部Ⅰ30111、膨大部Ⅱ30112、连接部30113、竖直板3012、固定盖板302、框架混凝土柱4、对穿连接孔401、自复位系统5、预应力钢绞线501、锚固板502、锚具503。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1，本实施例公开一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点，包括工字钢梁1、梁柱连接套筒2、屈服消能体3、框架混凝土柱4和自复位系统5。图1中，1a为自复位消能节点主视图，1b为侧视图，1c为俯视图。
所述工字钢梁1包括腹板101和两块翼缘板102。所述腹板101和翼缘板102上具有螺栓孔。所述框架混凝土柱4整体为矩形柱。所述框架混凝土柱4的柱身上具有供螺栓和预应力钢绞线501穿过的对穿连接孔401。
参见图2，所述梁柱连接套筒2包括抗剪连接板201和节点区套筒202。图2中，2a为主视图，2b为侧视图，2c为俯视图。所述节点区套筒202整体为上下端敞口且内中空的矩形筒体。所述节点区套筒202内壁上焊接有抗剪连接栓钉203。所述节点区套筒202套箍在框架混凝土柱4的柱身上，与框架混凝土柱4浇筑在一起。所述节点区套筒202的一侧外壁上设置有两块抗剪连接板201。所述两块抗剪连接板201均竖向布置，且板面相互平行。所述抗剪连接板201的板面上具有长槽孔2011。所述腹板101的一端插入两块抗剪连接板201之间的缝隙中。所述腹板101通过高强螺栓与抗剪连接板201连接在一起。这些高强螺栓将依次穿过长槽孔2011和腹板101板面上的螺栓孔后旋入螺母。地震作用下，高强螺栓可沿长槽孔2011滑动，从而保证工字钢梁1绕梁端转动。
所述屈服消能体3包括两块消能连接板301和两块固定盖板302。参见图3，所述消能连接板301整体为一块不等边角钢。所述消能连接板301包括垂直设置的水平板3011和竖直板3012。所述水平板3011和竖直板3012为一个整体。所述水平板3011包括膨大部Ⅰ30111和膨大部Ⅱ30112，以及连接在膨大部Ⅰ30111和膨大部Ⅱ30112之间的连接部30113。所述膨大部Ⅰ30111上设置有螺栓孔。所述膨大部Ⅱ30112上设置有长槽孔。所述膨大部Ⅱ30112与竖直板3012连接。所述两块消能连接板301分别布置在工字钢梁1上下两侧。所述水平板3011与翼缘板102贴合，竖直板3012与节点区套筒202的外壁贴合。参见图4，所述固定盖板302为平直钢板。所述固定盖板302板面上设置有螺栓孔。所述固定盖板302贴敷在水平板3011的板面上。高强螺栓依次穿过固定盖板302、水平板3011和翼缘板102后旋入螺母。所述竖直板3012通过螺栓与节点区套筒202及框架混凝土柱4连接。
所述自复位系统5包括设置在腹板101两侧的两根预应力钢绞线501。所述预应力钢绞线501穿过节点区套筒202和框架混凝土柱4后，通过锚具503锚固在锚固板502上。
值得说明的是，钢-混凝土混合框架的自复位体系需要保证钢梁与混凝土柱在可靠连接的同时，使得节点具有良好的复位性能和耗能能力。本实施例一方面，采用钢梁-混凝土柱节点套筒连接技术，保证梁柱可靠连接。另一方面，添加自复位系统和屈服消能体实现节点的自复位能力和消能能力。地震作用下，工字钢梁1绕梁端转动，翼缘处的消能连接板301受到反复拉伸和压缩，能够有效耗散地震能量。工字钢梁转动过程中，预应力钢绞线501储存弹性变形能。卸载时预应力钢绞线501释放所储存的弹性变形能，使得工字钢梁1复位。

Claims (2)

1.一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点，其特征在于：包括工字钢梁(1)、梁柱连接套筒(2)、屈服消能体(3)、框架混凝土柱(4)和自复位系统(5)；
所述工字钢梁(1)包括腹板(101)和两块翼缘板(102)；所述框架混凝土柱(4)整体为矩形柱；
所述梁柱连接套筒(2)包括抗剪连接板(201)和节点区套筒(202)；所述节点区套筒(202)套箍在框架混凝土柱(4)的柱身上；所述节点区套筒(202)内壁上焊接有若干抗剪连接栓钉(203)；所述节点区套筒(202)与框架混凝土柱(4)浇筑在一起；所述节点区套筒(202)的一侧外壁上设置有两块抗剪连接板(201)。所述两块抗剪连接板(201)均竖向布置，且相互平行；所述抗剪连接板(201)的板面上具有若干个长槽孔(2011)；所述腹板(101)的一端插入两块抗剪连接板(201)之间的缝隙中；所述腹板(101)通过高强螺栓与抗剪连接板(201)连接在一起；
所述屈服消能体(3)包括两块消能连接板(301)和两块固定盖板(302)；所述消能连接板(301)整体为一块不等边角钢；所述消能连接板(301)包括垂直设置的水平板(3011)和竖直板(3012)；所述水平板(3011)包括膨大部Ⅰ(30111)和膨大部Ⅱ(30112)，以及连接在膨大部Ⅰ(30111)和膨大部Ⅱ(30112)之间的连接部(30113)；所述膨大部Ⅰ(30111)上设置有螺栓孔；所述膨大部Ⅱ(30112)上设置有长槽孔；所述膨大部Ⅱ(30112)与竖直板(3012)连接；所述水平板(3011)和竖直板(3012)为一个整体；所述两块消能连接板(301)分别布置在工字钢梁(1)上下两侧；所述水平板(3011)与翼缘板(102)贴合，竖直板(3012)与节点区套筒(202)的外壁贴合；所述水平板(3011)通过高强螺栓与翼缘板(102)连接；所述竖直板(3012)通过螺栓与节点区套筒(202)及框架混凝土柱(4)连接；所述固定盖板(302)为平直钢板；所述固定盖板(302)贴敷在水平板(3011)的板面上；高强螺栓依次穿过固定盖板(302)、水平板(3011)和翼缘板(102)后旋入螺母；
所述自复位系统(5)包括设置在腹板(101)两侧的两根预应力钢绞线(501)；所述预应力钢绞线(501)穿过节点区套筒(202)和框架混凝土柱(4)后，通过锚具(503)锚固在锚固板(502)上。
2.根据权利要求1所述的一种钢梁-混凝土柱自复位消能节点，其特征在于：所述框架混凝土柱(4)的柱身上具有供螺栓和预应力钢绞线(501)穿过的对穿连接孔(401)。
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具有自复位能力的钢结构体系研究;潘振华;潘鹏;邱法维;叶列平;钱稼茹;;土木工程学报;20101115(第S1期);全文 *
新型PEC柱(弱轴)-钢梁节点BRS耗能板部分自复位连接抗震性能研究;杨永龙;方有珍;赵凯;;苏州科技学院学报(工程技术版);20141215(第04期);全文 *

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