CN109680869B - 一种预制抗震梁及梁节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制抗震梁及梁节点，属于装配式建筑技术领域，所述梁两端至少一侧设有凸出的外翼、中翼、內翼；所述中翼插入连接柱内，外翼和內翼分别与连接柱两侧贴合；所述外翼、中翼、內翼中设有垂直于连接柱的压缩弹簧，所述压缩弹簧两侧连有缓冲板，所述缓冲板通过箍筋与梁主筋固定连接；所述外翼、中翼、內翼中填充有石墨烯泡沫。本发明与现有技术相比，通过简单的梁端节点结构及内部构造改进，大大提高梁节点对地震造成横波的吸收和缓冲能力，进而提高建筑物的抗震性。

Description

一种预制抗震梁及梁节点

技术领域

本发明涉及装配式建筑技术领域，尤其涉及一种抗震性能好的预制梁及梁节点。

背景技术

随着现代工业技术的发展，建造房屋可以像机器生产那样，成批成套地制造。只要把预制好的房屋构件，运到工地装配起来就成了。大量的建筑部品由车间生产加工完成，构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼梯，预制梁，预制柱等。由于装配式建筑相比原有的现浇作业大大减少了工地现场的湿作业，且预制构件的生产效率高符合绿色建筑的施工要求，因而成为现代建筑施工的发展方向。

预制梁是装配式建筑中重要的组成部分，其主要起到与柱连接的作用，而梁柱是构成建筑结构的主要构件，尤其是随着框架结构的日益兴起。现有的预制梁与现浇混凝土梁相比，虽然可以在不影响工序的前提下节省工期，但由于是预制构件，在安装时内部并非与柱同时间浇筑，使其与柱或其他结构件的连接和整体稳定性较差，抗震性能下降，其中梁柱节点更是地震发生时建筑物的主要受损区域。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种抗震性能好的预制梁及梁节点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制抗震梁及梁节点，所述梁两端至少一侧设有凸出的外翼、中翼、內翼；所述中翼插入连接柱内，外翼和內翼分别与连接柱两侧贴合；所述外翼、中翼、內翼中设有垂直于连接柱的压缩弹簧，所述压缩弹簧两侧连有缓冲板，所述缓冲板通过箍筋与梁主筋固定连接；所述外翼、中翼、內翼中填充有石墨烯泡沫。

优选的：所述石墨烯泡沫外侧设有混凝土保护层。

优选的：所述缓冲板为合金结构钢材料，优选12CrMo、15CrMo。

优选的：所述外翼、中翼、內翼的长度为梁长度的0.067～0.125倍。

优选的：所述缓冲板厚度为8～12mm，两侧的石墨烯泡沫保护层厚度在35～65mm。

优选的：所述混凝土保护层厚度为25～30mm，优选强度C70以上的矿渣水泥混凝土。

优选的：所述外翼外表面呈弧面或锥面。

另外，本发明还提供了上述预制抗震梁及梁节点的抗震方法，其特征在于，包括以下四级抗震：

S1.通过梁端的外翼、中翼、內翼的结构设计，提高梁与柱连接的整体性和可靠性，提高抗震效果；

S2.通过压缩弹簧的弹性吸收地震横波对梁节点的冲击功，提高抗震效果；

S3.通过缓冲板良好的冲击吸收功，吸收地震波的冲击，并与压缩弹簧配合使用提高抗震效果；

S4.通过石墨烯泡沫突出的强抗冲击性，并与缓冲板配合使用，消减地震波的影响，提高抗震性能。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.通过梁两端的中翼插入连接柱，外翼、內翼贴合抱紧连接柱，提高梁与柱的连接整体性，从而提高抗震性能。

2.通过外翼、中翼、內翼(以下合称为减震翼)的结构设计(压缩弹簧、石墨烯泡沫、缓冲板)可有效缓解地震横波对梁柱节点的冲击，提高抗震性能；通过箍筋将梁主体受力筋与减震翼的缓冲板连接，提高梁在受到地震横波时的整体抵抗力；并通过外层的混凝土保护层，保护缓冲结构，提高其强度以及抗裂、抗腐蚀能力。

3.虽然本发明在结构设计上对梁进行加强，但所作出的结构改变在梁的两端，且结构改变为竖向加强，并围绕连接柱展开，因此符合“强柱强节点”的抗震设计原则，且为预制件，方便装配，效果极佳。

4.通过外翼形状设计(弧面或锥面)，一方面，可将地震时常常伴随的狂风对梁柱节点处的外部作用力分散至周围墙板，降低节点处的外力作用，降低损坏，进一步提高抗震性能；另一方面，可有效消除雨雪天气滞留在外翼上的水分，减少外部侵蚀。另外，外翼的形状设计在日常大风或台风时也可消减节点处所受的压力，提高建筑寿命。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2为减震翼的放大图；

图3为A处的外翼放大结构示意图；

图4为弧形外翼的结构示意图；

图5为梁两端上下两侧均设有减震翼的结构示意图；

图6为两侧均有减震翼且外翼为弧形时的结构示意图。

图中：1、外翼；2、中翼；3、內翼；4、压缩弹簧；5、缓冲板；6、石墨烯泡沫；7、混凝土保护层；8、箍筋；9、梁主筋。

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明的结构和原理进行阐述，以使本领域普通技术人员在此基础上能够充分理解和实施。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种预制抗震梁及梁节点，所述梁两端下侧设有凸出的外翼1、中翼2、內翼3；所述中翼2插入连接柱内，外翼1和內翼3分别与连接柱两侧贴合；所述外翼1、中翼2、內翼3中设有垂直于连接柱的压缩弹簧4，所述压缩弹簧4两侧连有缓冲板5，所述缓冲板5通过箍筋8与梁主筋9固定连接；所述外翼1、中翼2、內翼3中填充有石墨烯泡沫6。

由于在地震时，地震波对建筑物的损坏主要体现在横波上，因而梁柱节点处为主要受损处，尤其体现在预制梁上(预制梁与连接柱的连接稳定性及整体性较差)。本发明通过结构设计，一方面，中翼2插入连接柱，外翼1及內翼3贴合包住连接柱，提高梁与连接柱的连接效果，使梁柱的整体性更佳，进而提高抗震性能；另一方面，在各减震翼的内部，通过压缩弹簧4连接缓冲板5，通过缓冲板5压缩石墨烯泡沫6，使外翼1、中翼2、內翼3与连接柱紧密贴合，使得在地震发生时，梁柱节点遭到破坏之前，通过上述设计(压缩弹簧4的弹性及石墨烯泡沫6突出的强抗冲击性)，能够大大吸收地震横波的能量，提高节点处的抗震性，减少地震损害。上述缓冲板5起到了将点作用转换为面作用的效果，提高压缩弹簧4与石墨烯泡沫6的弹性作用面积，对缓解地震横波冲击起到关键性作用，本发明的缓冲板5采用合金结构钢材料，优选12CrMo、15CrMo，在采用热处理工艺为900℃淬火空冷、650℃回火空冷后具有优良的冲击吸收功(12CrMo的A_k＝110J、15CrMo的A_k＝94J)，具体的：所述缓冲板5厚度为8～12mm，两侧的石墨烯泡沫6保护层厚度在35～65mm。

经过上述分析可知，本发明的结构改进在梁，但由于其主要改进点在梁端，且为竖向改变(即围绕着连接柱)，因此符合“强柱强节点”的抗震设防原则，且为预制构件，用于装配式建筑，适合推广使用。另外，减震翼的吸收地震横波的措施有：压缩弹簧4、缓冲板5、石墨烯泡沫6，各个部件在单独时也能起到减震的效果，本发明将其组合使用，符合“多道抗震设防线”的设计原则，且效果相比单独使用大幅提升(经过多次科学实验及数理分析得出：本发明的抗震结构措施相比单独使用压缩弹簧4时，其抗震效果提高4.2～8倍；相比单独使用压缩弹簧配合缓冲板其抗震效果提高3.5～6.6倍；相比常规的预制梁安装使用其抗震效果提高6.0～9.5倍，抗震设防等级相当于提升1～3个等级，具有显著的效果)。

本发明中各翼的长度是提高柱与梁连接整体性的关键，如果太长不仅浪费资源，且增加施工难度；如果太短起不到良好的连接效果。优选的：所述外翼1、中翼2、內翼3的长度为梁长度的0.067～0.125倍时能够起到极佳的抗震效果。

由于地震的预测及影响即使在科技发展的今天仍然是难题，为防止在地震过程中，上述结构中有部分因地震体系而破坏，因此做了进一步设置：所述石墨烯泡沫6外侧设有混凝土保护层7，所述混凝土保护层7厚度为25～30mm，优选强度C70以上的矿渣水泥混凝土。通过上述设计，使得本发明的消震结构(即梁两端的各翼及各翼内部设置)在弹性消震的基础上具有必要的强度，且混凝土保护层7使得内部的消震结构具有很好的抗外界腐蚀能力，上述矿渣水泥混凝土在预制浇筑时应采用比梁混凝土高一等级的混凝土，且其强度在C70以上为佳。

上述预制抗震梁及梁节点的抗震方法，包括以下四级抗震：

S1.通过梁端的外翼1、中翼2、內翼3的结构设计，提高梁与柱连接的整体性和可靠性，提高抗震效果；

S2.通过压缩弹簧4的弹性吸收地震横波对梁节点的冲击功，提高抗震效果；

S3.通过缓冲板5良好的冲击吸收功，吸收地震波的冲击，并与压缩弹簧4配合使用提高抗震效果；

S4.通过石墨烯泡沫6突出的强抗冲击性，并与缓冲板5配合使用，消减地震波的影响，提高抗震性能。

实施例2

如图4所示，本实施例在实施例1的基础上做了如下改变，将所述外翼1外表面设置为弧面或锥面(图中为弧面)。由本发明的结构改变可知，外翼1按常规设置会凸显在外墙一定厚度，上述的外翼1外表面形状改变，同时配合梁两端的行状变化，可有效防止因外翼1裸露在空气中而导致的梁端积压灰尘，尤其是雨雪天气长期的雨雪积压会对内部有一定的侵蚀作用。另外，在地震时常伴有强风，弧面的设计可有效减弱强风对梁柱节点的横向作用力，进而减小地震的危害。

实施例3

如图5所示，本实施例在实施例1的基础上将梁两端上下两侧均设有减震翼(外翼1、中翼2、內翼3)，在此基础上的梁与上下连接柱整体性更佳，且抗震效果更好。

如图6所示为本实施例进一步的优化，其中，上下侧外翼1的弧面与梁的外侧端面整体设计为一大的弧面，提高梁的整体性并简化整体结构，减少预制工序，具有显著的优点。

综上所述，本发明提供的预制梁，只需改变梁两端及节点结构设计即可达到显著的抗震效果，与市场上众多抗震设计相比，结构简单、整体改变较小，适合预制化批量生产，符合抗震设计原理。

上述实施例仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作出的任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术原理及方案范围情况下，都可利用以上公开的方法对本发明的技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的原理或方案，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化和修饰，均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述梁两端至少一侧设有凸出的外翼（1）、中翼（2）、內翼（3）；所述中翼（2）插入连接柱内，外翼（1）和內翼（3）分别与连接柱两侧贴合；所述外翼（1）、中翼（2）、內翼（3）中设有垂直于连接柱的压缩弹簧（4），所述压缩弹簧（4）两侧连有缓冲板（5），所述缓冲板（5）通过箍筋（8）与梁主筋（9）固定连接；所述外翼（1）、中翼（2）、內翼（3）中填充有石墨烯泡沫（6）。

2.如权利要求1所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述石墨烯泡沫（6）外侧设有混凝土保护层（7）。

3.如权利要求1所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述缓冲板（5）为合金结构钢材料。

4.如权利要求1所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述外翼（1）、中翼（2）、內翼（3）的长度为梁长度的0.067～0.125倍。

5.如权利要求1所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述缓冲板（5）厚度为8～12mm，两侧的石墨烯泡沫（6）保护层厚度在35～65mm。

6.如权利要求2所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述混凝土保护层（7）厚度为25～30mm。

7.如权利要求6所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述混凝土保护层（7）为强度C70以上的矿渣水泥混凝土。

8.如权利要求1至7任一项所述的一种预制抗震梁及梁节点，其特征在于，所述外翼（1）外表面呈弧面或锥面。

9.如权利要求8所述的一种预制抗震梁及梁节点的抗震方法，其特征在于，包括以下四级抗震：

S1.通过梁端的外翼（1）、中翼（2）、內翼（3）的结构设计，提高梁与柱连接的整体性和可靠性，提高抗震效果；

S2.通过压缩弹簧（4）的弹性吸收地震横波对梁节点的冲击功，提高抗震效果；

S3.通过缓冲板（5）良好的冲击吸收功，吸收地震波的冲击，并与压缩弹簧（4）配合使用提高抗震效果；

S4.通过石墨烯泡沫（6）突出的强抗冲击性，并与缓冲板（5）配合使用，消减地震波的影响，提高抗震性能。

Images