CN110359633A - 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 - Google Patents
一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110359633A CN110359633A CN201910687643.0A CN201910687643A CN110359633A CN 110359633 A CN110359633 A CN 110359633A CN 201910687643 A CN201910687643 A CN 201910687643A CN 110359633 A CN110359633 A CN 110359633A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy consumption
- concrete
- column
- steel plate
- connection component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 title claims abstract description 147
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 210000003108 foot joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 40
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 179
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 179
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims abstract description 31
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011372 high-strength concrete Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000011374 ultra-high-performance concrete Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
- E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
- E04C3/34—Columns; Pillars; Struts of concrete other stone-like material, with or without permanent form elements, with or without internal or external reinforcement, e.g. metal coverings
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/025—Structures with concrete columns
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，所述混凝土柱脚节点设置在混凝土结构矩形截面柱底部，包括混凝土柱、高延性可更换耗能连接组件和混凝土基础，所述高延性可更换耗能连接组件分别与混凝土柱和混凝土基础中预埋的钢连接块通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。本发明的混凝土柱底部设有柱底加强芯柱，其可在地震作用下承担柱底压力，且不会发生损伤；高延性可更换耗能连接组件被安装在柱脚节点四个侧面，以代替原有位置的受力纵筋，在中震或大震时可利用其滞回性能耗散地震能量，并将损伤控制在其内部。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点。
背景技术
(1)地震作用下的柱脚损伤
在地震作用下，钢筋混凝土柱或桥梁墩柱在承受竖向荷载的同时还要受到往复的水平荷载作用，当抗弯、抗剪强度或延性不足时，都会引起柱的开裂或破坏。柱脚部位受到较大的压力和弯矩的共同作用，在弯矩作用下一侧受压、一侧受拉，会较早形成塑性铰。尤其是混凝土框架结构的柱脚，柱脚节点的构造是混凝土结构抗震能力发挥的关键，在强烈地震作用下不可避免地会出现塑性铰。对于传统的混凝土柱，柱底受压侧的混凝土可以提供的极限压应变很小，采用约束配筋对其极限压应变的提高作用也十分有限，在交替的反复弯矩作用下，受压的混凝土可能由于疲劳作用而被压酥，而箍筋本身无法限制受压主筋的屈曲，存在严重的混凝土压碎剥落、箍筋外鼓崩断等现象，导致滞回曲线的承载能力显著降低。柱底的混凝土被压碎和受压钢筋的屈服使得震后修复工作变得十分困难。如何减小地震作用下柱底所受的损伤，并使损伤集中于便于震后修复的部位，实现损伤可控的目标，是研究者们共同关心的问题。
(2)屈曲约束支撑(BRB)
研究安全可靠、经济适用的结构抗震体系与减震方法，最大限度减轻地震灾害影响，是工程领域的一项重大需求和迫切任务。消能减震通过耗能装置吸收和耗散地震能量，能有效减小结构的响应和损伤，避免主体结构发生严重破坏，是实现基于性能抗震的重要手段。屈曲约束支撑(BRB)是一种通过外部约束部件约束支撑核心板并防止其受压屈曲的轴向受力构件，在强烈地震作用下能充分发挥核心板在循环拉压作用下的滞回性能，达到耗散地震能量的目的。在框架结构中，屈曲约束支撑(BRB)通常布置在框架对角线节点之间，构件尺寸较大，对框架结构空间利用有一定的不利影响。也有设置在靠近梁柱节点外部的隅撑，相较于屈曲约束支撑(BRB)节省了结构空间，但对结构美观与空间利用仍有不利影响。
(3)震后修复
强烈地震发生后，结构的屈服部位会发生较大损伤。已发生损伤的工程结构，承受荷载和作用的能力减弱，受力性能劣化，结构的安全度降低。在将来可能发生的地震作用下，更有可能由于已损伤部位的加速失效而造成结构丧失整体性，严重的可能发生倒塌，造成人民生命和财产的巨大损失。但若能通过快速的修复工作来恢复结构的承载能力和受力性能，则对灾后恢复和重建工作都能起到至关重要的有益作用。
发明内容
技术问题：本发明所针对的技术问题为：(1)柱脚节点的构造是混凝土结构抗震能力发挥的关键。在强烈地震作用下，柱脚节点所承担的轴力和弯矩较大，节点处易出现受压区混凝土被压碎、受压主筋屈曲、箍筋外鼓崩断等现象，导致滞回曲线的承载能力显著降低；(2)损伤构件易更换是保证结构性能易修复的关键。当前，结构性能易修复是工程结构抗震的最新要求。耗能连接通过材料的塑性滞回耗能能力来耗散地震能量，而塑性的发展和累积同时会带来结构损伤的逐步加剧。为了保证地震后结构具有承受后续服役期内可能遭遇地震的抗震能力，在地震后对损伤的结构进行快速修复是最为经济的方案，而更换损伤的构件是修复结构最为彻底和完善的修复手段；(3)现有的震后可修复混凝土柱脚节点存在一些不足之处。目前已经提出的在混凝土柱脚节点处设置震后可更换耗能连接件的方法中，多采用可更换钢板作为主要耗能部件，但在可更换钢板的侧面和平面外缺乏有效的屈曲约束装置，易导致大震作用下可更换钢板受压屈曲，难以达到全截面屈服，无法良好地发挥其滞回耗能能力。此外，在已有的发明中，可更换钢板与混凝土柱身、混凝土基础之间多采用螺栓连接，连接构造形式较为复杂，构件制作和安装时对施工精度要求较高，震后修复的工作量较大。本发明目的是提供一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，以同时满足受力合理、施工便捷、结构美观、消能减震能力强与震后易修复的要求。
技术方案：本发明一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，所述混凝土柱脚节点设置在混凝土结构矩形截面柱底部，包括混凝土柱、高延性可更换耗能连接组件和混凝土基础，所述高延性可更换耗能连接组件分别与混凝土柱和混凝土基础中预埋的钢连接块通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。
进一步的，所述混凝土柱包括混凝土柱身和矩形截面的柱底加强芯柱，所述柱底加强芯柱的截面小于混凝土柱身的截面从而形成预留空间，且柱底加强芯柱的截面中心与混凝土柱身的截面中心位于同一条铅垂线上。混凝土柱底部设有柱底加强芯柱，即使柱的轴压比较大，柱底加强芯柱依然不会发生损伤，避免出现传统混凝土柱底部受压区混凝土被压碎的情况。
进一步的，所述混凝土柱身和柱底加强芯柱之间存在截面突变区域，所述截面突变区域设有柱底钢连接块，所述柱底钢连接块与混凝土柱身内的柱内锚固纵筋固定连接。
进一步的，所述高延性可更换耗能连接组件分别布置在柱底加强芯柱的四个侧面上，安装完成后采用填充混凝土填实所述预留空间的剩余部分，且浇筑填充混凝土时需在所述高延性可更换耗能连接组件上和/或下两端分别预留一条水平缝。高延性可更换耗能连接组件相当于小型屈曲约束支撑，安装在混凝土柱脚节点四侧以代替原有位置受力纵筋的延性耗能组件，施工安装非常方便。水平缝用于防止填充混凝土在柱弯曲时承担竖向压力作用。
进一步的，所述高延性可更换耗能连接组件包括一块或多块并排布置的耗能核心钢板、包围耗能核心钢板的两块约束盖板和两块填充板，以及连接螺栓，所述两块约束盖板分别位于耗能核心钢板的钢面前后两侧，所述两块填充板分别位于耗能核心钢板的钢身左右两侧，所述连接螺栓将约束盖板和填充板连成一体，所述约束盖板和填充板上均设有便于连接螺栓对齐并穿过的螺栓孔，所述耗能核心钢板为完整钢板或中部开槽钢板，耗能核心钢板由无粘结材料包裹。耗能核心钢板在受压时受到约束盖板和填充板约束，而约束盖板和填充板被连接螺栓固定在耗能核心钢板的四周，即使耗能核心钢板受压屈服，也不会发生大幅值的屈曲。
进一步的，所述耗能核心钢板沿长度方向从上至下依次划分为柱向连接段、柱向过渡段、耗能段、基础向过渡段、基础向连接段，所述柱向连接段和基础向连接段的截面积大于所述耗能段的截面积，所述耗能段与柱向连接段及基础向连接段之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段及基础向过渡段，所述柱向连接段与柱底钢连接块之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。
进一步的，所述耗能核心钢板采用中部开槽钢板或多块并排布置钢板时，其中部开槽或多块钢板之间的空间中设有槽部填充块。
进一步的，所述约束盖板和填充板的长度均略小于耗能核心钢板的长度；所述约束盖板、填充板、槽部填充块和耗能核心钢板的各个相应表面之间留有间隙，所述间隙或被无粘结材料所填充。
进一步的，所述混凝土基础包括基础混凝土块、凸起限位块和基础钢连接块，所述基础钢连接块锚固于基础混凝土块的顶面并与柱底钢连接块的位置相对应，所述柱底加强芯柱的底面放置于基础混凝土块的顶面中央，所述凸起限位块与柱底加强芯柱的底部侧面相互贴紧，凸起限位块与基础钢连接块固定连接，所述基础钢连接块的底面与基础锚固纵筋固定连接，所述耗能核心钢板的基础向连接段与基础钢连接块之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。柱底加强芯柱放置于基础混凝土块顶面中央，在地震作用下可自由摇摆，但因其四周设置了紧贴但不相连的凸起限位块，柱底加强芯柱不会发生水平方向上的滑动，可有效抵抗柱底剪力。
进一步的，所述耗能核心钢板的轴向受拉屈服承载能力小于混凝土柱中柱底钢连接块和柱内锚固纵筋之间的连接承载能力，也小于混凝土基础中基础钢连接块和基础锚固纵筋之间的连接承载能力，也小于柱内锚固纵筋和基础锚固纵筋的轴向受拉承载能力，也小于耗能核心钢板与柱底钢连接块之间以及耗能核心钢板与基础钢连接块之间的连接承载能力。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)结构受力分工明确，传力体系合理。在本发明中，混凝土柱脚节点的各组成部分具有明确的受力分工。混凝土柱下部的柱底加强芯柱在地震作用下承担柱底压力，即使柱的轴压比较大，柱底加强芯柱依然不会发生损伤，避免出现传统混凝土柱底部受压区混凝土在弯矩较大时被压碎的情况。柱底加强芯柱放置于基础混凝土块顶面中央，在地震作用下可自由摇摆，但因其四周设置了紧贴但不相连的凸起限位块，柱底加强芯柱不会发生水平方向上的滑动，可有效抵抗柱底剪力。高延性可更换耗能连接组件中耗能核心钢板的位置，与混凝土柱内各侧柱内锚固纵筋和混凝土基础中各侧基础锚固纵筋在同一竖向平面内，便于形成直接合理的竖向传力体系。高延性可更换耗能连接组件可代替柱脚节点原有位置的受力纵筋，为柱脚节点提供抗弯承载力；
2)结构损伤集中，耗能性能好。在本发明中，柱底区域使用钢管混凝土结构、高强混凝土结构或组合钢结构制作成的柱底加强芯柱，即使柱的轴压比较大，柱底加强芯柱依然不会发生损伤。在本发明中，由于在柱底四个侧面安装了易屈服的耗能核心钢板，使得地震作用下塑性行为集中在柱脚部位，而上部混凝土柱身因远离底层塑性铰区域，同时混凝土柱中的柱内锚固纵筋、混凝土基础中的预埋基础锚固纵筋的抗拉承载力及其与钢连接块之间的连接承载力、钢连接块与耗能核心钢板之间的连接承载力均大于耗能核心钢板的抗拉承载力，从而使柱的损伤集中于柱底高延性可更换耗能连接组件中的耗能核心钢板内。耗能核心钢板采用了与屈曲约束支撑中核心板相似的构造原则，屈服将仅在耗能核心钢板的耗能段中发生，屈服后塑性应变分布均匀，在同样的层间变形下耗能核心钢板塑性应变较小，能够发挥出优良的延性和低周疲劳能力；
3)结构震后修复简便。地震作用下，本发明中混凝土柱脚节点的损伤集中在柱底高延性可更换耗能连接组件中的耗能核心钢板内，而其它主要构件并不发生明显损伤，震后只需要更换耗能核心钢板即可恢复结构的功能，维修范围小，维修过程非常简便；
4)方便安装且具有良好的公差适应能力。高延性可更换耗能连接部件犹如混凝土柱的保险丝一样，在强烈地震作用下率先屈服，保护柱子的其它部位。为了使这一集中损伤的部位易于更换，本发明将其设计为与柱内锚固纵筋脱开，可待结构其余部分安装完成后再行安装。后装的部分必须具备良好的公差适应能力。如果高延性可更换耗能连接部件的尺寸大于或精确等于构件安装空间的尺寸，将导致构件之间相互碰撞、阻碍，无法实施安装。因此，为了方便构件的安装，高延性可更换耗能连接部件的尺寸应略小于构件安装空间的尺寸，这样安装完成后构件之间可能存在间隙，这种间隙对承受轴向力和弯矩复合作用的柱脚节点十分不利。本发明采用焊缝连接的方式将高延性可更换耗能连接组件中的耗能核心钢板与预先锚固的柱底和混凝土基础顶面的钢连接块连为一体，便于在安装阶段消除传力体系之间的间隙，且施工方便；
5)实用性强，不影响美观。在本发明中，高延性可更换耗能连接组件设置在柱脚节点四个侧面预留空间内，安装完成后被包裹在柱底填充混凝土内。柱脚节点的外观与普通的混凝土柱一致，符合传统的审美观。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构分解示意图；
图3为高延性可更换耗能连接组件分解示意图；
图4为耗能核心钢板结构示意图；
图5为本发明结构主视图；
图6为含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点的主视剖面图；
图7为图6中A处放大图；
图8为高延性可更换耗能连接组件在柱脚节点侧面安装的局部剖面图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1和图5所示，本发明一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，混凝土柱脚节点设置在混凝土结构矩形截面柱底部，涉及混凝土框架结构的柱脚、桥梁墩柱的底部节点等部位，包括混凝土柱1、高延性可更换耗能连接组件2和混凝土基础3，高延性可更换耗能连接组件2分别与混凝土柱1和混凝土基础3中预埋的钢连接块通过焊接构成一个连续可靠的传力体系；
如图2所示，混凝土柱1包括混凝土柱身11和矩形截面的柱底加强芯柱12，柱底加强芯柱12可采用钢管混凝土结构、高强混凝土结构或组合钢结构但不局限于这三种结构，第一种结构为四个侧面和底面均有钢板约束的矩形截面核心为混凝土块体，第二种结构为用高强灌浆料、超高性能混凝土等高强材料制作成的矩形截面块体，第三种结构为用多块钢板通过固定连接制作成的型钢块，柱底加强芯柱12在地震作用下承担柱底压力，即使柱的轴压比较大，柱底加强芯柱12依然不会发生损伤，避免出现传统混凝土柱1底部受压区混凝土在弯矩较大时被压碎的情况；
柱底加强芯柱12的截面小于混凝土柱身11的截面从而形成预留空间，且柱底加强芯柱12的截面中心与混凝土柱身11的截面中心位于同一条铅垂线上；混凝土柱身11和柱底加强芯柱12之间存在截面突变区域，截面突变区域设有柱底钢连接块13，柱底钢连接块13与混凝土柱身11内的柱内锚固纵筋14固定连接，形成竖向传力体系；
高延性可更换耗能连接组件2分别布置在柱底加强芯柱12的四个侧面上，安装完成后采用填充混凝土28填实预留空间的剩余部分，柱脚节点的外观与普通的混凝土柱一致，符合传统的审美观，且浇筑填充混凝土28时需在高延性可更换耗能连接组件2上和/或下两端分别预留一条水平缝29；高延性可更换耗能连接组件2相当于小型屈曲约束支撑，安装在混凝土柱脚节点四侧以代替原有位置受力纵筋的延性耗能组件，施工安装非常方便，水平缝29用于防止填充混凝土28在柱弯曲时承担竖向压力作用；
如图3所示，高延性可更换耗能连接组件2包括一块或多块并排布置的耗能核心钢板21、包围耗能核心钢板21的两块约束盖板22和两块填充板23，以及连接螺栓24，两块约束盖板22分别位于耗能核心钢板21的钢面前后两侧，用于限制耗能核心钢板21发生面外失稳，两块填充板23分别位于耗能核心钢板21的钢身左右两侧，用于限制耗能核心钢板21发生面内失稳，连接螺栓24将约束盖板22和填充板23连成一体，约束盖板22和填充板23上均设有便于连接螺栓24对齐并穿过的螺栓孔25；耗能核心钢板21在受压时受到约束盖板22和填充板23约束，而约束盖板22和填充板23被连接螺栓24固定在耗能核心钢板21的四周，即使耗能核心钢板21受压屈服，也不会发生大幅值的屈曲；在正常使用与小震时，高延性可更换耗能连接组件2中的耗能核心钢板21保持弹性，可为柱脚节点提供抗弯刚度；中震或大震时，耗能核心钢板21发生受拉或受压屈服，并利用其滞回性能耗散地震能量，减小结构的动力响应；
如图4所示，耗能核心钢板21沿长度方向从上至下依次划分为柱向连接段211、柱向过渡段212、耗能段213、基础向过渡段214、基础向连接段215，柱向连接段211和基础向连接段215的截面积大于耗能段213的截面积，耗能段213与柱向连接段211及基础向连接段215之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段212及基础向过渡段214，柱向连接段211与柱底钢连接块13之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系；耗能核心钢板21采用了与屈曲约束支撑中核心板相似的构造原则，屈服将仅在耗能核心钢板21的耗能段213中发生，屈服后塑性应变分布均匀，在同样的层间变形下耗能核心钢板21塑性应变较小，能够发挥出优良的延性和低周疲劳能力；
耗能核心钢板21可以为完整钢板或中部开槽钢板，耗能核心钢板21由无粘结材料27包裹，当耗能核心钢板21采用中部开槽钢板或多块并排布置钢板时，其中部开槽或多块钢板之间的空间中设有槽部填充块26，约束盖板22和填充板23的长度均略小于耗能核心钢板21的长度；约束盖板22、填充板23、槽部填充块26和耗能核心钢板21的各个相应表面之间留有间隙，间隙或被无粘结材料27所填充；
如图6至图8所示，混凝土基础3包括基础混凝土块31、凸起限位块32和基础钢连接块33，基础钢连接块33锚固于基础混凝土块31的顶面并与柱底钢连接块13的位置相对应，柱底加强芯柱12的底面放置于基础混凝土块31的顶面中央，凸起限位块32与柱底加强芯柱12的底部侧面相互贴紧，凸起限位块32与基础钢连接块33固定连接，基础钢连接块33的底面与基础锚固纵筋34固定连接，耗能核心钢板21的基础向连接段215与基础钢连接块33之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系；柱底加强芯柱12放置于基础混凝土块31的顶面中央，在地震作用下可自由摇摆，但因其四周设置了紧贴但不相连的凸起限位块32，柱底加强芯柱12不会发生水平方向上的滑动，可有效抵抗柱底剪力，凸起限位块32还可以换成凸起限位钢条、凸起限位短钢筋，但不局限于这三种结构，起到的作用都是为了抵抗柱底剪力；高延性可更换耗能连接组件2中耗能核心钢板21的位置，与混凝土柱1内各侧柱内锚固纵筋14和混凝土基础3中各侧基础锚固纵筋34在同一竖向平面内，便于形成直接合理的竖向传力体系，而且高延性可更换耗能连接组件2可代替柱脚节点原有位置的受力纵筋，为柱脚节点提供抗弯承载力；
在本发明中，由于在柱底四个侧面安装了易屈服的耗能核心钢板21，使得地震作用下塑性行为集中在柱脚部位，而上部混凝土柱身11因远离底层塑性铰区域，同时高延性可更换耗能连接组件2中耗能核心钢板21的轴向受拉屈服承载能力小于混凝土柱1中柱底钢连接块13和柱内锚固纵筋14之间的连接承载能力，也小于混凝土基础3中基础钢连接块33和基础锚固纵筋34之间的连接承载能力，也小于柱内锚固纵筋14和基础锚固纵筋34的轴向受拉承载能力，也小于耗能核心钢板21与柱底钢连接块13之间以及耗能核心钢板21与基础钢连接块33之间的连接承载能力，从而使柱的损伤集中于柱底高延性可更换耗能连接组件2中的耗能核心钢板21内，本发明采用焊缝连接的方式将高延性可更换耗能连接组件2中的耗能核心钢板21与预先锚固的柱底和混凝土基础顶面的钢连接块连为一体，便于在安装阶段消除传力体系之间的间隙，且施工方便，通过这种设计，结构传力路径上的其他部分承载能力均大于耗能核心钢板21的承载能力，控制损伤仅集中在耗能核心钢板21上，而结构其余部分保持完好，地震后可解除耗能核心钢板21与混凝土柱和混凝土基础之间的连接以及耗能核心钢板21周围的约束盖板22和填充板23的约束，将受损的耗能核心钢板21更换为新的耗能核心钢板21，即可恢复结构的功能，维修范围小，维修过程非常简便。
本发明的特点是结构受力分工明确、传力路径直接，高延性可更换耗能连接组件2中的耗能核心钢板21可以发挥稳定的延性耗能能力，即使混凝土柱1的轴压比较大，依然可实现柱底的损伤仅集中在耗能核心钢板21上，且强震后能够很方便地更换受损伤的耗能核心钢板21，从而快速恢复结构功能。
本发明的使用方法：
1)构件制作
按设计尺寸分别加工制作混凝土柱1和混凝土基础3，在柱脚节点区域设置预留空间以供安装高延性可更换耗能连接组件2；
按设计尺寸分别加工制作高延性可更换耗能连接组件2中的各个部件；
2)高延性可更换耗能连接组件安装
将高延性可更换耗能连接组件2中周围包裹了无粘结材料27的耗能核心钢板21安装于混凝土柱1中的柱底钢连接块13和混凝土基础3中的基础钢连接块33之间，调整其前、后、左、右的位置使其与混凝土柱身11内的柱内锚固纵筋14和混凝土基础3中各侧基础锚固钢筋34具有直接的竖向传力关系，将耗能核心钢板21的柱向连接段211与柱底钢连接块13之间通过焊缝连接，将耗能核心钢板21的基础向连接段215与基础钢连接块33之间通过焊缝连接；高延性可更换耗能连接组件2中约束盖板22、填充板23和槽部填充块26的安装与耗能核心钢板21的安装穿插进行，两块约束盖板22分别位于耗能核心钢板21的钢面前后两侧，两块填充板23分别位于耗能核心钢板21的钢身左右两侧，然后连接螺栓24将约束盖板22和填充板23连成一体，连接螺栓24对齐并穿过约束盖板22和填充板23上的螺栓孔固定；
约束盖板22和填充板23的长度略小于耗能核心钢板21的长度；约束盖板22、填充板23、槽部填充块26与耗能核心钢板21的各个相应表面之间留有间隙，间隙或被无粘结材料27所填充；
3)震后损伤耗能核心钢板21的更换
发生大震后，凿除柱脚节点四周的部分混凝土，切割高延性可更换耗能连接组件2中耗能核心钢板21上、下两端与混凝土柱1中柱底钢连接块13和混凝土基础3中基础钢连接块33之间的焊缝连接，解除约束盖板22、填充板23和槽部填充块26，取下损伤的耗能核心钢板21，更换新的耗能核心钢板21，然后按照前述耗能组件安装方法重新安装新的耗能组件，并重新将预留空间的剩余部分用填充混凝土28填实，使结构的抗震性能得到恢复。
Claims (10)
1.一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述混凝土柱脚节点设置在混凝土结构矩形截面柱底部，包括混凝土柱、高延性可更换耗能连接组件和混凝土基础，所述高延性可更换耗能连接组件分别与混凝土柱和混凝土基础中预埋的钢连接块通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。
2.根据权利要求1所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述混凝土柱包括混凝土柱身和矩形截面的柱底加强芯柱，所述柱底加强芯柱的截面小于混凝土柱身的截面从而形成预留空间，且柱底加强芯柱的截面中心与混凝土柱身的截面中心位于同一条铅垂线上。
3.根据权利要求2所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述混凝土柱身和柱底加强芯柱之间存在截面突变区域，所述截面突变区域设有柱底钢连接块，所述柱底钢连接块与混凝土柱身内的柱内锚固纵筋固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述高延性可更换耗能连接组件分别布置在柱底加强芯柱的四个侧面上，安装完成后采用填充混凝土填实所述预留空间的剩余部分，且浇筑填充混凝土时需在所述高延性可更换耗能连接组件上和/或下两端分别预留一条水平缝。
5.根据权利要求4所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述高延性可更换耗能连接组件包括一块或多块并排布置的耗能核心钢板、包围耗能核心钢板的两块约束盖板和两块填充板，以及连接螺栓，所述两块约束盖板分别位于耗能核心钢板的钢面前后两侧，所述两块填充板分别位于耗能核心钢板的钢身左右两侧，所述连接螺栓将约束盖板和填充板连成一体，所述约束盖板和填充板上均设有便于连接螺栓对齐并穿过的螺栓孔，所述耗能核心钢板为完整钢板或中部开槽钢板，耗能核心钢板由无粘结材料包裹。
6.根据权利要求5所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述耗能核心钢板沿长度方向从上至下依次划分为柱向连接段、柱向过渡段、耗能段、基础向过渡段、基础向连接段，所述柱向连接段和基础向连接段的截面积大于所述耗能段的截面积，所述耗能段与柱向连接段及基础向连接段之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段及基础向过渡段，所述柱向连接段与柱底钢连接块之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。
7.根据权利要求5所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述耗能核心钢板采用中部开槽钢板或多块并排布置钢板时，其中部开槽或多块钢板之间的空间中设有槽部填充块。
8.根据权利要求5所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述约束盖板和填充板的长度均略小于耗能核心钢板的长度；所述约束盖板、填充板、槽部填充块和耗能核心钢板的各个相应表面之间留有间隙，所述间隙或被无粘结材料所填充。
9.根据权利要求6所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述混凝土基础包括基础混凝土块、凸起限位块和基础钢连接块，所述基础钢连接块锚固于基础混凝土块的顶面并与柱底钢连接块的位置相对应，所述柱底加强芯柱的底面放置于基础混凝土块的顶面中央，所述凸起限位块与柱底加强芯柱的底部侧面相互贴紧，凸起限位块与基础钢连接块固定连接，所述基础钢连接块的底面与基础锚固纵筋固定连接，所述耗能核心钢板的基础向连接段与基础钢连接块之间通过焊接构成一个连续可靠的传力体系。
10.根据权利要求9所述的一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点，其特征在于：所述耗能核心钢板的轴向受拉屈服承载能力小于混凝土柱中柱底钢连接块和柱内锚固纵筋之间的连接承载能力，也小于混凝土基础中基础钢连接块和基础锚固纵筋之间的连接承载能力，也小于柱内锚固纵筋和基础锚固纵筋的轴向受拉承载能力，也小于耗能核心钢板与柱底钢连接块之间以及耗能核心钢板与基础钢连接块之间的连接承载能力。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910687643.0A CN110359633B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910687643.0A CN110359633B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110359633A true CN110359633A (zh) | 2019-10-22 |
| CN110359633B CN110359633B (zh) | 2024-09-03 |
Family
ID=68222503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910687643.0A Active CN110359633B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110359633B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112030726A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-04 | 上海应用技术大学 | 一种外置分级耗能装置的自复位桥梁墩柱结构体系及施工方法 |
| CN112030725A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-04 | 上海应用技术大学 | 一种内置分级耗能装置的自复位桥梁墩柱结构体系及施工方法 |
| CN113216387A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-06 | 西安建筑科技大学 | 一种可控耗能摇摆柱柱脚 |
| CN113215963A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 河北首都新机场高速公路开发有限公司 | 一种自复位桥墩构件 |
| CN113323481A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的u型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113323485A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的弯曲型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113323484A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的网格型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113530338A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 有钢管混凝土结构的附加可更换阻尼器的自复位混凝土柱 |
| CN113530337A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 一种有碗状结构的附加可更换阻尼器的自复位混凝土柱 |
| CN113530336A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 一种有钢管混凝土结构的附加可更换阻尼器的混凝土柱 |
| CN113550492A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 安徽省建筑科学研究设计院 | 一种双向双铰接可恢复功能柱脚节点 |
| CN114000416A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-01 | 福州大学 | 一种可更换节段的预制拼装混合墩及其施工方法 |
| CN114045929A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-15 | 四川电力设计咨询有限责任公司 | 一种箱型截面钢柱连接结构 |
| CN117107905A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-11-24 | 北京建筑大学 | 一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101105053A (zh) * | 2007-07-10 | 2008-01-16 | 中国建筑科学研究院 | 一种带横隔板双层套管一字形屈曲约束支撑 |
| CN106592807A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 东南大学 | 装配式混凝土框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 |
| CN107060213A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-18 | 长沙理工大学 | 一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱 |
| CN208633269U (zh) * | 2017-12-12 | 2019-03-22 | 湘潭大学 | 一种可拆卸装配式柱与基础延性节点连接方式 |
| CN210798069U (zh) * | 2019-07-29 | 2020-06-19 | 东南大学 | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 |
-
2019
- 2019-07-29 CN CN201910687643.0A patent/CN110359633B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101105053A (zh) * | 2007-07-10 | 2008-01-16 | 中国建筑科学研究院 | 一种带横隔板双层套管一字形屈曲约束支撑 |
| CN106592807A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-04-26 | 东南大学 | 装配式混凝土框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 |
| CN107060213A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-18 | 长沙理工大学 | 一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱 |
| CN208633269U (zh) * | 2017-12-12 | 2019-03-22 | 湘潭大学 | 一种可拆卸装配式柱与基础延性节点连接方式 |
| CN210798069U (zh) * | 2019-07-29 | 2020-06-19 | 东南大学 | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112030725B (zh) * | 2020-08-21 | 2021-09-07 | 上海应用技术大学 | 一种内置分级耗能装置的自复位桥梁墩柱结构体系及施工方法 |
| CN112030725A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-04 | 上海应用技术大学 | 一种内置分级耗能装置的自复位桥梁墩柱结构体系及施工方法 |
| CN112030726A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-12-04 | 上海应用技术大学 | 一种外置分级耗能装置的自复位桥梁墩柱结构体系及施工方法 |
| CN113216387A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-06 | 西安建筑科技大学 | 一种可控耗能摇摆柱柱脚 |
| CN113323481B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-09-23 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的u型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113323484A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的网格型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113323481A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的u型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113215963B (zh) * | 2021-05-31 | 2023-03-03 | 河北首都新机场高速公路开发有限公司 | 一种自复位桥墩构件 |
| CN113323485A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-31 | 重庆大学 | 一种附加震后可更换的弯曲型阻尼器的柱脚节点 |
| CN113215963A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 河北首都新机场高速公路开发有限公司 | 一种自复位桥墩构件 |
| CN113550492B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-06-17 | 安徽省建筑科学研究设计院 | 一种双向双铰接可恢复功能柱脚节点 |
| CN113550492A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 安徽省建筑科学研究设计院 | 一种双向双铰接可恢复功能柱脚节点 |
| CN113530337A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 一种有碗状结构的附加可更换阻尼器的自复位混凝土柱 |
| CN113530336A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 一种有钢管混凝土结构的附加可更换阻尼器的混凝土柱 |
| CN113530337B (zh) * | 2021-08-02 | 2023-02-03 | 重庆大学 | 一种有碗状结构的附加可更换阻尼器的自复位混凝土柱 |
| CN113530338A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-22 | 重庆大学 | 有钢管混凝土结构的附加可更换阻尼器的自复位混凝土柱 |
| CN114000416A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-01 | 福州大学 | 一种可更换节段的预制拼装混合墩及其施工方法 |
| CN114045929A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-15 | 四川电力设计咨询有限责任公司 | 一种箱型截面钢柱连接结构 |
| CN114045929B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-04-25 | 四川电力设计咨询有限责任公司 | 一种箱型截面钢柱连接结构 |
| CN117107905A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-11-24 | 北京建筑大学 | 一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚 |
| CN117107905B (zh) * | 2023-10-24 | 2024-02-06 | 北京建筑大学 | 一种具有多阶刚度和竖向减震功能的摇摆钢柱脚 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110359633B (zh) | 2024-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110359633A (zh) | 一种含高延性可更换耗能连接组件的混凝土柱脚节点 | |
| CN106592807A (zh) | 装配式混凝土框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 | |
| CN103669570B (zh) | 一种新型震后易修复钢异形柱-预应力中心支撑架 | |
| CN103669650B (zh) | 一种震后易修复钢异形柱框架-钢板剪力墙 | |
| CN105888058B (zh) | 一种损伤可修复的装配式组合柱脚 | |
| CN1995571B (zh) | 内藏钢桁架混凝土组合巨型梁柱框架及制作方法 | |
| CN106499247B (zh) | 装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 | |
| CN108277890A (zh) | 基于sma棒材的自复位梁柱节点和钢结构建筑 | |
| CN104847052A (zh) | 一种震损可更换组合柱结构 | |
| CN203200914U (zh) | 一种钢结构柱脚外露式连接结构 | |
| CN110453813A (zh) | 一种可更换的内置型钢斜撑装配式预应力耗能剪力墙 | |
| CN108412083A (zh) | 一种装配式自复位钢框架-钢板剪力墙结构 | |
| Usami et al. | Seismic performance evaluation of steel arch bridges against major earthquakes. Part 1: Dynamic analysis approach | |
| CN110439183A (zh) | 一种震后自恢复埋入式耗能钢柱脚 | |
| CN206256622U (zh) | 具有自复位功能的损伤可修复装配式组合柱 | |
| CN100432345C (zh) | 内藏偏心支撑钢桁架混凝土组合筒体的制作方法及筒体 | |
| CN110080388A (zh) | 一种提高pc框架节点抗震性能的连接结构及其施工方法 | |
| JP2008214973A (ja) | 制震橋脚構造 | |
| CN110258786A (zh) | 一种全装配式混凝土梁-混凝土柱-钢支撑组合连接节点 | |
| CN206408776U (zh) | 装配式混凝土框架梁柱连接的可更换耗能连接组件 | |
| CN210288683U (zh) | 一种提高pc框架节点抗震性能的连接结构 | |
| CN117500989A (zh) | V连接用于混凝土构件交叉接头和剪力键 | |
| CN110409647A (zh) | 一种单侧屈服的易修复装配式混凝土框架延性耗能节点 | |
| CN109972738A (zh) | 组合拱结构 | |
| CN113585623B (zh) | 一种自复位可修复高性能预制rc柱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |