CN109779010B - 一种可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，包括预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制短梁、十字型钢骨、工字型钢骨、两段可更换低屈服点连接型钢、端板Ⅰ、端板Ⅱ、端板Ⅲ、端板Ⅳ、端板Ⅴ、端板Ⅵ、端板Ⅶ、高强螺栓和栓钉；在正常使用与小震时，节点处于弹性状态，在中、大震作用下，节点结构先在可更换低屈服点连接型钢处发生屈服，率先进行塑性耗能，此时整个节点结构的混凝土构件尚未出现明显的损伤，保护主体结构。可更换低屈服点连接型钢设置在距离节点根部一定距离，实现塑性铰从柱面外移，从而减少对节点核心区的损伤，避免整体节点失效，震后可对可更换低屈服点连接型钢进行更换，快速恢复节点的抗震性能。

Description

一种可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点

技术领域

本发明属于一种可更换耗能构件的梁柱节点，具体涉及一种包含混凝土、钢筋、型钢的具有耗能能力并且可更换的混凝土梁柱节点。

背景技术

目前现有的高层或超高层建筑结构大多采用现浇混凝土结构，但是现浇混凝土的施工方法存在着环境污染严重、工程质量问题难以保证、施工效率较低等问题，且需要的工人量较大，施工成本也相应较高。随着我国经济的快速发展，我们对住宅的需求日益提高，装配式混凝土结构具备生产效率高、构件质量好、建筑垃圾少、节约资源和能源等突出优点，符合“四节约一环保”的绿色发展要求，因而在国内外得到了广泛地应用。各次大地震的震害调查表明：在整体倒塌的预制装配式混凝土建筑物中，预制梁、柱构件相较于其他构件的破坏较轻；建筑倒塌的主要原因是框架结构内各个构件间连接的破坏。因此，装配式混凝土框架结构各预制构件间的连接是保证结构整体性的关键，其自身性能也将影响该类结构在地震作用下的力学性能。

但是，传统的装配式混凝土结构节点以等同现浇为基本原则，目前仅能基本实现强度和刚度与现浇节点等效，但其抗震性能通常较差，节点核心区及柱端通常为薄弱区，不能满足“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震概念要求。并且传统装配式混凝土结构还存在着不易安装、抗震性能差、不可拆卸和难以更换等问题。

发明内容

为了解决现有混凝土梁柱节点施工复杂、破坏严重、施工效率低，传统装配式混凝土结构抗震性能较差、节点核心区薄弱等问题，提出了一种新型可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点。该类节点主要通过高强螺栓连接可更换部件及混凝土梁、柱中的预制钢骨，便于拆卸和更换；通过改变低屈服点连接型钢的长度、连接型钢的设置位置可调整节点滞回曲线的饱满程度，从而改变结构的耗能能力；通过低屈服点连接型钢塑性变形耗散地震能量，防止梁、柱等主体构件过早发生破坏，并且震后可快速更换低屈服点连接型钢，在保证原有刚度、强度下恢复节点的性能。节点中增加了型钢，达到了延缓节点刚度和强度退化的效果，具有易于施工、连接处受力性能较好、较强的刚度且易于更换的特点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，包括：预制混凝土柱1、预制混凝土梁2、预制短梁15、十字型钢骨5、工字型钢骨4、两段可更换低屈服点连接型钢6、端板Ⅰ7、端板Ⅱ16、端板Ⅲ17、端板Ⅳ18、端板Ⅴ19、端板Ⅵ20、端板Ⅶ21、高强螺栓8和栓钉9；

所述预制混凝土柱1内预制十字型钢骨5，十字型钢骨5的上下两端均通过栓钉9与预制混凝土柱1连接，预制混凝土柱1沿轴向设置若干柱箍筋14，沿纵向设置若干柱纵向受力钢筋13，柱纵向受力钢筋13连接若干柱箍筋14；

所述预制混凝土梁2的截面为“T”字型结构，预制混凝土梁2内预制工字型钢骨4，工字型钢骨4的一部分位于预制混凝土梁2内，另一部分伸出预制混凝土梁2，与端板Ⅰ7采用焊接连接，位于预制混凝土梁2内的工字型钢骨4的上端、中部、下端均通过栓钉9与预制混凝土梁2连接，预制混凝土梁2沿轴向设置若干梁箍筋12，预制混凝土梁2的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋10，预制混凝土梁2的中上部设置若干板钢筋11，梁纵向受力钢筋10和板钢筋11将若干梁箍筋12进行连接；

所述预制短梁15的上部两端均与预制混凝土梁2连接，所述预制短梁15左半部分内预制工字型钢骨4，预制短梁15右半部分内预制工字型钢骨4，位于左半部分的工字型钢骨4的一部分位于预制短梁15内，与十字型钢骨5的一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉9与预制短梁15连接，另一部分伸出预制短梁15，与端板Ⅲ17采用焊接连接，其中一段可更换低屈服点连接型钢6的一端焊接端板Ⅱ16，另一端焊接端板Ⅳ18，端板Ⅰ7和端板Ⅳ18之间采用高强螺栓8连接，端板Ⅱ16和端板Ⅲ17之间采用高强螺栓8连接；

位于右半部分的工字型钢骨4的一部分位于预制短梁15内，与十字型钢骨5的另一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉9与预制短梁15连接，另一部分伸出预制短梁15，与端板Ⅶ21采用焊接连接，其中另一段可更换低屈服点连接型钢6的一端焊接端板Ⅵ20，另一端焊接端板Ⅴ19，端板Ⅰ7与端板Ⅴ19之间采用高强螺栓8连接，端板Ⅶ21与端板Ⅵ20之间采用高强螺栓8连接；

预制短梁15沿轴向设置若干梁箍筋12，预制短梁15的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋10，预制短梁15的中上部设置若干板钢筋11，梁纵向受力钢筋10和板钢筋11将若干梁箍筋12进行连接。

在上述方案的基础上，所述十字形钢骨5由两个工字型钢骨4十字交叉设置组成，布置在节点核心区。

在上述方案的基础上，所述预制混凝土柱1、预制混凝土梁2和预制短梁15均是在工厂预制完成。

在上述方案的基础上，所述预制混凝土柱1的混凝土强度等级不低于C35，预制混凝土梁2和预制短梁15的混凝土强度等级均不低于C30，梁纵向受力钢筋10和柱纵向受力钢筋13采用不低于HRB335的钢筋，梁箍筋12和柱箍筋14采用不低于HPB300的钢筋，具体可根据设计要求选取；可更换低屈服点连接型钢6采用普通碳素结构钢Q235钢，端板Ⅰ7、端板Ⅱ16、端板Ⅲ17、端板Ⅳ18、端板Ⅴ19、端板Ⅵ20、端板Ⅶ21、十字型钢骨5及工字型钢骨4采用低合金高强度结构钢Q345钢，高强螺栓8采用10.9级的螺栓(20MnTiB)。

本发明所示的可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点实现情况如下：应用时，在预制混凝土柱1内预制十字形钢骨5，在预制混凝土梁2和预制短梁15内均预制工字型钢骨4，通过高强螺栓8连接工字型钢骨4和可更换低屈服点连接型钢6，再布置板钢筋11并通过二次浇筑混凝土3(二次浇筑混凝土的强度等级不低于C30)将预制混凝土梁2、预制短梁15和楼板连接成为一体。在正常使用与小震时，节点处于弹性状态，在中、大震作用下，节点结构先在可更换低屈服点连接型钢6处发生屈服，率先进行塑性耗能，此时整个节点结构的混凝土构件尚未出现明显的损伤，保护主体结构。可更换低屈服点连接型钢6设置在距离节点根部一定距离，实现塑性铰从柱面外移，从而减少对节点核心区的损伤，避免整体节点失效，震后可对可更换低屈服点连接型钢6进行更换，快速恢复节点的抗震性能。

有益效果：

可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点与普通钢筋混凝土节点、钢骨混凝土节点、传统装配式混凝土结构节点相比，有以下特点：

与普通钢筋混凝土节点相比，在柱、梁内预制部分钢骨，并和混凝土、箍筋共同约束组成一个整体受力的节点，从而使其材料的强度得到充分发挥，并且抗震性能强于两种材料的简单叠加，其承载能力和刚度因配置了钢骨而增强，从而减小了构件的截面尺寸。

与钢骨混凝土节点相比，在节点核心区及柱端一定距离内设置低屈服点型钢，实现节点塑性发展可控，耗能能力较好，强度退化较慢，可以保护其他主体构件。

与传统装配式混凝土结构节点相比，由于有低屈服点型钢的设置，耗能能力较好，延性较好，提高构件的抗震性能，混凝土和型钢的结合使用，能充分利用钢材性能，且施工便利易安装、震后可更换。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点的内部构造示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为图1的C-C剖视图；

图5为图1的D-D剖视图。

图中标号：

1-预制混凝土柱；2-预制混凝土梁；3-二次浇筑混凝土；4-工字型钢骨；5-十字型钢骨；6-可更换低屈服点连接型钢；7-端板Ⅰ；8-高强螺栓；9-栓钉；10-梁纵向受力钢筋；11-板钢筋；12-梁箍筋；13-柱纵向受力钢筋；14-柱箍筋；15-预制短梁；16-端板Ⅱ，17-端板Ⅲ，18-端板Ⅳ，19-端板Ⅴ，20-端板Ⅵ，21-端板Ⅶ。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明为可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，下面结合附图和工作性能对本发明作进一步说明。

本发明的结构形式如图1所示，可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点主要由带工字型钢骨的混凝土柱1、混凝土梁2、预制短梁15、十字型钢骨5、工字型钢骨4、两段可更换低屈服点连接型钢6、端板Ⅰ7、端板Ⅱ16、端板Ⅲ17、端板Ⅳ18、端板Ⅴ19、端板Ⅵ20、端板Ⅶ21、高强螺栓8和栓钉9组成，梁、柱均由钢筋和混凝土浇筑而成，钢筋的具体布置形式如图2～5所示。

所述预制混凝土柱1内预制十字型钢骨5，十字型钢骨5的上下两端均通过栓钉9与预制混凝土柱1连接，预制混凝土柱1沿轴向设置若干柱箍筋14，沿纵向设置若干柱纵向受力钢筋13，柱纵向受力钢筋13连接若干柱箍筋14；

所述预制混凝土梁2的截面为“T”字型结构，预制混凝土梁2内预制工字型钢骨4，工字型钢骨4的一部分位于预制混凝土梁2内，另一部分伸出预制混凝土梁2，与端板Ⅰ7采用焊接连接，位于预制混凝土梁2内的工字型钢骨4的上端、中部、下端均通过栓钉9与预制混凝土梁2连接，预制混凝土梁2沿轴向设置若干梁箍筋12，预制混凝土梁2的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋10，预制混凝土梁2的中上部设置若干板钢筋11，梁纵向受力钢筋10和板钢筋11将若干梁箍筋12进行连接；

所述预制短梁15的上部两端均与预制混凝土梁2连接，所述预制短梁15左半部分内预制工字型钢骨4，预制短梁15右半部分内预制工字型钢骨4，位于左半部分的工字型钢骨4的一部分位于预制短梁15内，与十字型钢骨5的一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉9与预制短梁15连接，另一部分伸出预制短梁15，与端板Ⅲ17采用焊接连接，其中一段可更换低屈服点连接型钢6的一端焊接端板Ⅱ16，另一端焊接端板Ⅳ18，端板Ⅰ7和端板Ⅳ18之间采用高强螺栓8连接，端板Ⅱ16和端板Ⅲ17之间采用高强螺栓8连接；

位于右半部分的工字型钢骨4的一部分位于预制短梁15内，与十字型钢骨5的另一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉9与预制短梁15连接，另一部分伸出预制短梁15，与端板Ⅶ21采用焊接连接，其中另一段可更换低屈服点连接型钢6的一端焊接端板Ⅵ20，另一端焊接端板Ⅴ19，端板Ⅰ7与端板Ⅴ19之间采用高强螺栓8连接，端板Ⅶ21与端板Ⅵ20之间采用高强螺栓8连接；

预制短梁15沿轴向设置若干梁箍筋12，预制短梁15的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋10，预制短梁15的中上部设置若干板钢筋11，梁纵向受力钢筋10和板钢筋11将若干梁箍筋12进行连接。

在上述方案的基础上，所述十字形钢骨5由两个工字型钢骨4十字交叉设置组成，布置在节点核心区。

在上述方案的基础上，所述预制混凝土柱1、预制混凝土梁2和预制短梁15均是在工厂预制完成。

在上述方案的基础上，所述预制混凝土柱1的混凝土强度等级不低于C35，预制混凝土梁2和预制短梁15的混凝土强度等级均不低于C30，梁纵向受力钢筋10和柱纵向受力钢筋13采用不低于HRB335的钢筋，梁箍筋12和柱箍筋14采用不低于HPB300的钢筋，具体可根据设计要求选取；可更换低屈服点连接型钢6采用普通碳素结构钢Q235钢，端板Ⅰ7、端板Ⅱ16、端板Ⅲ17、端板Ⅳ18、端板Ⅴ19、端板Ⅵ20、端板Ⅶ21、十字型钢骨5及工字型钢骨4采用低合金高强度结构钢Q345钢，高强螺栓8采用10.9级的螺栓(20MnTiB)。

本发明所示的可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点的实现过程如下：应用时，将十字型钢骨5预埋在预制混凝土柱1中，将工字型钢骨4分别预埋在预制混凝土梁2和预制短梁15中，在工字型钢骨4的伸出端焊接端板，可更换低屈服点连接型钢6的两端分别焊接端板，最后通过高强螺栓8将工字型钢骨4伸出端焊接的端板与可更换低屈服点连接型钢6两端焊接的端板进行连接。

当受到较小的荷载作用时，可更换耗能构件的装配式混凝土节点处于弹性状态；随着荷载的逐渐增大，由于可更换的型钢采用低屈服点连接型钢，且在一定区域长度内无钢筋，对连接处进行了削弱，因此低屈服点连接型钢率先屈服，在框架梁上可更换处形成塑性铰耗能，主体梁柱构件几乎无损伤。可更换低屈服点连接型钢设置在距离节点根部一定距离处，实现塑性铰从柱面外移，从而减少节点核心区的损伤，避免整体节点失效，震后可更换低屈服点连接型钢，实现快速恢复节点抗震性能的目的。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，其特征在于，包括：预制混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)、预制短梁(15)、十字型钢骨(5)、工字型钢骨(4)、两段可更换低屈服点连接型钢(6)、端板Ⅰ(7)、端板Ⅱ(16)、端板Ⅲ(17)、端板Ⅳ(18)、端板Ⅴ(19)、端板Ⅵ(20)、端板Ⅶ(21)、高强螺栓(8)和栓钉(9)；

所述预制混凝土柱(1)内预制十字型钢骨(5)，十字型钢骨(5)的上下两端均通过栓钉(9)与预制混凝土柱(1)连接，预制混凝土柱(1)沿轴向设置若干柱箍筋(14)，沿纵向设置若干柱纵向受力钢筋(13)，柱纵向受力钢筋(13)连接若干柱箍筋(14)；

所述预制混凝土梁(2)的截面为“T”字型结构，预制混凝土梁(2)内预制工字型钢骨(4)，工字型钢骨(4)的一部分位于预制混凝土梁(2)内，另一部分伸出预制混凝土梁(2)，与端板Ⅰ(7)采用焊接连接，位于预制混凝土梁(2)内的工字型钢骨(4)的上端、中部、下端均通过栓钉(9)与预制混凝土梁(2)连接，预制混凝土梁(2)沿轴向设置若干梁箍筋(12)，预制混凝土梁(2)的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋(10)，预制混凝土梁(2)的中上部设置若干板钢筋(11)，梁纵向受力钢筋(10)和板钢筋(11)将若干梁箍筋(12)进行连接；

所述预制短梁(15)的上部两端均与预制混凝土梁(2)连接，所述预制短梁(15)左半部分内预制工字型钢骨(4)，预制短梁(15)右半部分内预制工字型钢骨(4)，位于左半部分的工字型钢骨(4)的一部分位于预制短梁(15)内，与十字型钢骨(5)的一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉(9)与预制短梁(15)连接，另一部分伸出预制短梁(15)，与端板Ⅲ(17)采用焊接连接，其中一段可更换低屈服点连接型钢(6)的一端焊接端板Ⅱ(16)，另一端焊接端板Ⅳ(18)，端板Ⅰ(7)和端板Ⅳ(18)之间采用高强螺栓(8)连接，端板Ⅱ(16)和端板Ⅲ(17)之间采用高强螺栓(8)连接；

位于右半部分的工字型钢骨(4)的一部分位于预制短梁(15)内，与十字型钢骨(5)的另一侧连接，并且上端、下端和中部均通过栓钉(9)与预制短梁(15)连接，另一部分伸出预制短梁(15)，与端板Ⅶ(21)采用焊接连接，其中另一段可更换低屈服点连接型钢(6)的一端焊接端板Ⅵ(20)，另一端焊接端板Ⅴ(19)，端板Ⅰ(7)与端板Ⅴ(19)之间采用高强螺栓(8)连接，端板Ⅶ(21)与端板Ⅵ(20)之间采用高强螺栓(8)连接；

预制短梁(15)沿轴向设置若干梁箍筋(12)，预制短梁(15)的上端和下端沿纵向设置若干梁纵向受力钢筋(10)，预制短梁(15)的中上部设置若干板钢筋(11)，梁纵向受力钢筋(10)和板钢筋(11)将若干梁箍筋(12)进行连接；

所述预制混凝土柱(1)的混凝土强度等级不低于C35，预制混凝土梁(2)和预制短梁(15)的混凝土强度等级均不低于C30，梁纵向受力钢筋(10)和柱纵向受力钢筋(13)采用不低于HRB335的钢筋，梁箍筋(12)和柱箍筋(14)采用不低于HPB300的钢筋，具体可根据设计要求选取；可更换低屈服点连接型钢(6)采用普通碳素结构钢Q235钢，端板Ⅰ(7)、端板Ⅱ(16)、端板Ⅲ(17)、端板Ⅳ(18)、端板Ⅴ(19)、端板Ⅵ(20)、端板Ⅶ(21)、十字型钢骨(5)及工字型钢骨(4)采用低合金高强度结构钢Q345钢，高强螺栓(8)采用10.9级的螺栓。

2.如权利要求1所述的可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，其特征在于，所述十字型钢骨(5)由两个工字型钢骨(4)十字交叉设置组成，布置在节点核心区。

3.如权利要求1所述的可更换耗能构件的装配式混凝土梁柱节点，其特征在于，所述预制混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)和预制短梁(15)均是在工厂预制完成。

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