CN110258787A - 一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，包括预制钢筋混凝土柱、预制钢筋混凝土梁、软钢阻尼器、预应力钢绞线、预埋高强螺栓和锚固钢筋，预制钢筋混凝土梁设置有梁端预埋型钢钢套，预制钢筋混凝土柱与梁端预埋型钢钢套对接的位置处设置有柱端预埋钢板，预应力钢绞线依次穿过预制钢筋混凝土柱的预应力钢绞线孔道、柱端预埋钢板的预应力钢绞线洞口、梁端预埋型钢钢套的预应力钢绞线洞口以及预制钢筋混凝土梁的预应力钢绞线孔道从而将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁拼接起来，梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板两侧均布置有软钢阻尼器。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。

Description

一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点
技术领域
本发明属于装配式结构领域，具体涉及一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，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。
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
为了解决现有技术中传统装配式自复位预应力结构耗能能力差的缺点，本发明提供了一种施工方便、耗能效果显著的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，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。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，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、梁端预埋型钢钢套、预应力钢绞线、预埋高强螺栓和锚固钢筋，所述预制钢筋混凝土梁设置有梁端预埋型钢钢套，所述梁端预埋型钢钢套由型钢部分和钢套部分组成，所述钢套部分的内壁设有抗剪栓钉，所述预制钢筋混凝土柱与梁端预埋型钢钢套对接的位置处设置有柱端预埋钢板，所述柱端预埋钢板锚于预制钢筋混凝土柱内一侧设有锚固钢筋，预埋高强螺栓穿过柱端预埋钢板并固定于其上，所述预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁里设有两道预应力钢绞线孔道，所述柱端预埋钢板和梁端预埋型钢钢套设有两个预应力钢绞线洞口，所述预应力钢绞线依次穿过预制钢筋混凝土柱的预应力钢绞线孔道、柱端预埋钢板的预应力钢绞线洞口、梁端预埋型钢钢套的预应力钢绞线洞口以及预制钢筋混凝土梁的预应力钢绞线孔道并施加预应力从而将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁拼接起来，所述梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板两侧均布置有软钢阻尼器，软钢阻尼器的一端通过预埋高强螺栓与预制钢筋混凝土柱连接，另一端与型钢部分的腹板连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述预应力钢绞线采用无粘结预应力钢绞线。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述钢套部分的内壁焊接有抗剪栓钉。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述柱端预埋钢板锚于预制钢筋混凝土柱内一侧焊接有锚固钢筋，所述预埋高强螺栓穿过柱端预埋钢板并焊于其上。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述软钢阻尼器的一端通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述软钢阻尼器包括设有条形开孔的剪力传递板和设有菱形开孔的耗能板。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述剪力传递板的中部设有沿水平方向延伸的条形开孔，所述耗能板上设有腹板连接孔和多个沿水平方向并排分布的菱形开孔，所述剪力传递板的上下两侧均连接有耗能板，所述剪力传递板的一侧面连接有侧板且侧板上设有柱端连接孔，所述侧板、剪力传递板和耗能板为一体结构，所述软钢阻尼器的侧板上的柱端连接孔通过预埋高强螺栓与预制钢筋混凝土柱连接，所述软钢阻尼器的剪力传递板上的条形开孔通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接，所述软钢阻尼器的耗能板上的腹板连接孔通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接。
有益效果：采用本发明的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点后，装配式自复位混凝土框架结构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)本发明内的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，且施工方便。
(2)本发明的软钢阻尼器的剪力传递板上设置有条形开孔，能够保证节点大变形时梁端剪力的可靠传递。
(3)本发明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，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)本发明采用软钢阻尼器作为耗能构件，在小震阶段，耗能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)本发明的软钢阻尼器，其耗能板上设有菱形开孔，将大幅提高软钢的变形能力。还可根据结构的实际需求，对软钢阻尼器上耗能板的厚度以及对菱形开孔的尺寸和位置进行调整，从而调节软钢阻尼器的耗能能力，具有很大的灵活性。软钢阻尼器作为耗能构件，除了能起到耗散地震能量的作用，还可以承担一部分的梁端荷载，起到连接预制钢筋混凝土梁柱构件的作用。软钢阻尼器布设在型钢部分的腹板两侧，有足够的空间进行正常使用阶段的检修与震后的更换。此外，模块化的布置形式也便于耗能构件的升级和革新。
(6)本发明的预制钢筋混凝土梁，其梁端一段采用梁端预埋型钢钢套，显著减小了梁端混凝土的应力状态，使得梁构件中的混凝土在大震阶段能达到低损伤甚至无损伤，显著减小了震后的维修成本。
(7)本发明采用了预应力技术，节点的初始刚度大。
附图说明
图1为本发明的三维示意图。
图2为本发明的正视图。
图3为本发明中的柱端预埋钢板三维示意图。
图4为本发明中的梁端预埋型钢钢套的内侧三维示意图。
图5为本发明中的梁端预埋型钢钢套的外侧三维示意图。
图6为本发明中的软钢阻尼器三维示意图。
具体实施方式
下面根据图1至图6对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
本实施例公开了一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，发明思路为在预应力装配式节点的基础上，在预制钢筋混凝土梁2端预埋带型钢部分的钢套(即梁端预埋型钢钢套5)，并在型钢部分的腹板两侧设置软钢阻尼器4，通过软钢的低屈服和滞回特性来耗散地震能量的装配式自复位框架组合节点。
参见图1至图6，本实施例的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，具体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、梁端预埋型钢钢套5、无粘结预应力钢绞线7、预埋高强螺栓9和锚固钢筋10，所述预制钢筋混凝土梁2设置有梁端预埋型钢钢套5，所述梁端预埋型钢钢套5由型钢部分16和钢套部分15组成(如图5所示)，所述钢套部分15的内壁焊接有抗剪栓钉6(如图6所示)，以保证钢套与梁端的钢筋混凝土能够有效地传递荷载。所述预制钢筋混凝土柱1与梁端预埋型钢钢套5对接的位置处设置有柱端预埋钢板3，其锚于预制钢筋混凝土柱1内一侧焊接有锚固钢筋10，预埋高强螺栓9穿过柱端预埋钢板3并焊于其上(如图3所示)。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，所述柱端预埋钢板3和梁端预埋型钢钢套5设有两个预应力钢绞线洞口14(如图4所示)，所述无粘结预应力钢绞线7有2条，无粘结预应力钢绞线7依次穿过预制钢筋混凝土柱1的预应力钢绞线孔道8、柱端预埋钢板3的预应力钢绞线洞口14、梁端预埋型钢钢套5的预应力钢绞线洞口14以及预制钢筋混凝土梁2的预应力钢绞线孔道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。软钢阻尼器4有2个，分别布置在梁端预埋型钢钢套5的型钢部分16的腹板两侧，软钢阻尼器4的一端通过预埋高强螺栓9和螺母与预制钢筋混凝土柱1连接，另一端通过高强螺栓11与梁端预埋型钢钢套5的型钢部分16的腹板连接。
参见图6，本实施例的软钢阻尼器4包括设有条形开孔17的剪力传递板12和设有菱形开孔19的耗能板13，软钢阻尼器4布设在型钢部分16的腹板两侧，有足够的空间进行正常使用阶段的检修与震后的更换。其中剪力传递板12的中部设有沿水平方向延伸的条形开孔17，耗能板13上设有腹板连接孔18和多个沿水平方向并排分布的菱形开孔19，剪力传递板12的上下两侧均连接有耗能板13，剪力传递板12的一侧面连接有侧板20且侧板20上设有柱端连接孔21，侧板20、剪力传递板12和耗能板13为一体结构，软钢阻尼器4的侧,20上的柱端连接孔21通过预埋高强螺栓9与预制钢筋混凝土柱1连接，软钢阻尼器4的剪力传递板12上的条形开孔17通过高强螺栓11与梁端预埋型钢钢套5的型钢部分16的腹板上的预留孔连接，软钢阻尼器4的耗能板13上的腹板连接孔18通过高强螺栓11与梁端预埋型钢钢套5的型钢部分16的腹板上的预留孔连接。
本实施例的型钢部分16的腹板与其两侧的软钢阻尼器4的具体固定方式为：通过高强螺栓11依次穿过一侧的软钢阻尼器4、型钢部分16的腹板上的预留孔和另一侧的软钢阻尼器4并通过螺母连接。
如图1和图2所示，柱端预埋钢板3主要承担由预制钢筋混凝土梁2通过软钢阻尼器4传来的弯矩和剪力以及在无粘结预应力钢绞线7作用下梁端预埋型钢钢套5对其施加的压力。预制钢筋混凝土柱1和预制钢筋混凝土梁2吊装就位后，安装软钢阻尼器4，最后无粘结预应力钢绞线7穿过预制钢筋混凝土梁柱构件的预留的预应力钢绞线孔道8，张拉无粘结预应力钢绞线7并锚固并施加预应力。
在本实施例中，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。梁端剪力主要由软钢阻尼器4的剪力传递板12承担，梁端的弯矩由无粘结预应力钢绞线7和软钢阻尼器4共同承担。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。
在本实施例中，耗能装置是软钢阻尼器4，软钢阻尼器4布置在梁端预埋型钢钢套5的型钢腹板两侧，一端通过预埋高强螺栓9与预制钢筋混凝土柱1连接，另一端通过高强螺栓11与梁端预埋型钢钢套5的腹板连接。可以根据实际需求改变软钢阻尼器4耗能钢板(即耗能板13)的厚度以及菱形开孔19的尺寸和位置，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，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。
在地震作用下，无粘结预应力钢绞线7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4，地震作用后，软钢阻尼器4可以进行更换。
本实施例主要通过软钢阻尼器4耗能，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。
本实施例的软钢阻尼器4，其耗能板13上设有菱形开孔19，将大幅提高软钢的变形能力，而且还可以通过改变菱形开孔19的尺寸和位置以及钢板的厚度来调节软钢阻尼器4的耗能能力，具有很大的灵活性。软钢阻尼器4作为耗能构件，除了能起到耗散地震能量的作用，还可以承担一部分的梁端荷载，起到连接预制钢筋混凝土梁柱构件的作用。
本实施例的预制钢筋混凝土梁2，在地震作用较小，梁柱接触面没有张开时，梁端剪力主要由软钢阻尼器4的剪力传递板12和梁柱接触面间的摩擦力共同承担；在强震作用下，梁柱接触面张开时，梁端剪力主要由软钢阻尼器4的剪力传递板12承担。此外，所述软钢阻尼器4的耗能板13也能够传递一部分的梁端剪力。
本实施例重点解决装配式框架节点的耗能问题，并通过预应力钢绞线使得结构具有自复位功能，在保证装配式结构抗震性能的前提下，有效地消除或减少结构的残余变形，并为结构的震后修复提供便利。
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 (7)

1.一种装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，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、梁端预埋型钢钢套、预应力钢绞线、预埋高强螺栓和锚固钢筋，所述预制钢筋混凝土梁设置有梁端预埋型钢钢套，所述梁端预埋型钢钢套由型钢部分和钢套部分组成，所述钢套部分的内壁设有抗剪栓钉，所述预制钢筋混凝土柱与梁端预埋型钢钢套对接的位置处设置有柱端预埋钢板，所述柱端预埋钢板锚于预制钢筋混凝土柱内一侧设有锚固钢筋，预埋高强螺栓穿过柱端预埋钢板并固定于其上，所述预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁里设有两道预应力钢绞线孔道，所述柱端预埋钢板和梁端预埋型钢钢套设有两个预应力钢绞线洞口，所述预应力钢绞线依次穿过预制钢筋混凝土柱的预应力钢绞线孔道、柱端预埋钢板的预应力钢绞线洞口、梁端预埋型钢钢套的预应力钢绞线洞口以及预制钢筋混凝土梁的预应力钢绞线孔道并施加预应力从而将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁拼接起来，所述梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板两侧均布置有软钢阻尼器，软钢阻尼器的一端通过预埋高强螺栓与预制钢筋混凝土柱连接，另一端与型钢部分的腹板连接。
2.根据权利要求1所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述预应力钢绞线采用无粘结预应力钢绞线。
3.根据权利要求1所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述钢套部分的内壁焊接有抗剪栓钉。
4.根据权利要求1所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述柱端预埋钢板锚于预制钢筋混凝土柱内一侧焊接有锚固钢筋，所述预埋高强螺栓穿过柱端预埋钢板并焊于其上。
5.根据权利要求1所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述软钢阻尼器的一端通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接。
6.根据权利要求1所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述软钢阻尼器包括设有条形开孔的剪力传递板和设有菱形开孔的耗能板。
7.根据权利要求6所述的装配式自复位混凝土框架软钢耗能组合节点，其特征在于，所述剪力传递板的中部设有沿水平方向延伸的条形开孔，所述耗能板上设有腹板连接孔和多个沿水平方向并排分布的菱形开孔，所述剪力传递板的上下两侧均连接有耗能板，所述剪力传递板的一侧面连接有侧板且侧板上设有柱端连接孔，所述侧板、剪力传递板和耗能板为一体结构，所述软钢阻尼器的侧板上的柱端连接孔通过预埋高强螺栓与预制钢筋混凝土柱连接，所述软钢阻尼器的剪力传递板上的条形开孔通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接，所述软钢阻尼器的耗能板上的腹板连接孔通过高强螺栓与梁端预埋型钢钢套的型钢部分的腹板连接。
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