CN111648467B - 一种高位拼接耗能梁柱节点及制作方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种高位拼接耗能梁柱节点及制作方法，包括竖向布置的多个框架柱，多个框架柱在竖向依次拼接以形成整体结构，用于搭接框架梁的框架柱两侧分别具有牛腿，牛腿上分别搭接一个所述框架梁，框架梁上端面设有楼面板，相邻框架柱之间、框架柱与框架梁之间分别设置有耗能元件；具有牛腿的框架柱为支撑柱，支撑柱上端面距离楼面板的高度为1/4～1/3楼层层高，以实现支撑柱与其上方框架柱的高位拼接。本公开能够提高现场装配质量和效率；所述耗能板提高结构的抗侧刚度，并具有适度的耗能能力，相邻框架柱间的剪力键可限制框架柱间水平位移和转动，提高结构的冗余度和鲁棒性。

Description

一种高位拼接耗能梁柱节点及制作方法

技术领域

本公开属于土木工程技术领域，具体涉及一种高位拼接耗能梁柱节点及制作方法。

背景技术

装配式结构具有工业化程度高、节省材料、污染小、施工方便、现场湿作业量少、工人数量少、预制构件质量便于控制、建造周期短、投资回收快等优点，是新型建筑工业化发展的方向。

发明人认为，当前工程中的装配式混凝土结构仍以等同现浇的装配整体式混凝土结构为主，以构件的破坏和结构的损伤为代价耗散地震能量，在较大地震作用下构件及节点极易出现严重的破坏，造成修复困难，甚至难以修复，存在功能中断时间过长的问题。近年来，可恢复功能结构以结构损伤小，震后能快速恢复结构功能为特点，成为结构抗震研究的重点和发展方向。对于可恢复功能框架结构，梁柱节点的自复位性能及耗能性能是结构功能能否快速恢复并进行工程应用的关键。

发明人认为，现有的可控自复位钢筋混凝土框架结构存在以下不足：

1)柱拼接截面位于楼面标高处，在梁柱节点处，框架梁和框架柱的耗能元件位置重叠，耗能元件构造复杂，耗能筋穿插困难，影响装配效率和施工质量。

2)节点冗余度和鲁棒性偏低，罕遇地震作用下，一旦自复位筋破坏，结构存在局部倒塌风险。

3)梁柱节点区域混凝土损伤严重，修复困难。

发明内容

本公开的第一目的是提供一种高位拼接耗能梁柱节点，解决现有复位耗能梁柱节点中框架梁和框架柱的耗能元件位置重叠，耗能元件构造复杂，耗能筋穿插困难；节点冗余度和鲁棒性偏低等问题。

本公开的第二目的是提供一种高位拼接耗能梁柱节点的制作方法，指导高位拼接耗能梁柱节点的制作。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种高位拼接耗能梁柱节点，包括竖向布置的多个框架柱，多个框架柱在竖向依次拼接，用于搭接框架梁的框架柱两侧分别具有牛腿，牛腿上分别搭接一个所述框架梁，框架梁的上端面设有楼面板，相邻框架柱之间、框架柱与框架梁之间分别设置有耗能元件。

具有牛腿的框架柱为支撑柱，支撑柱上端面距离楼面板的高度为1/4～1/3楼层层高，以实现支撑柱与其上方框架柱的高位拼接，以解决耗能元件位置重叠，耗能钢筋穿插困难的问题，并可减轻梁柱节点区域混凝土损伤。

作为第一方面的进一步改进，相邻框架柱之间通过耗能板连接，耗能板中具有固定孔和滑移孔，固定孔和滑移孔中分别设置有连接螺栓，框架柱在固定孔和滑移孔对应位置设置定位孔，连接螺栓的头部锚入定位孔中，以实现框架柱与框架柱的连接。

在地震作用下，受拉侧的耗能板能够在连接螺栓的作用下受拉变形，进而屈服耗能；受压侧的耗能板能够由连接螺栓在滑移孔内的滑移，而避免受压弯曲屈服。

所述耗能钢板与螺栓可提高拼接节点的抗弯刚度，进而提高结构的抗侧刚度，减小结构的侧向位移。同时，利用耗能钢板中部径缩短的屈服变形实现结构的抗震耗能。

作为第一方面的进一步改进，相邻框架柱中设置有抗剪切组件，抗剪切组件能够防止相邻框架柱之间发生垂直于框架柱轴线方向的相对滑移和扭转；

本公开的第二方面提供一种高位拼接耗能梁柱节点的制作方法，包括以下步骤：

在工厂预制框架柱和框架梁；

现场装配时，支撑柱固定，随后吊装框架梁并搁置在支撑柱的牛腿上，安装耗能元件；吊装上层的框架柱，利用耗能板、连接螺栓及抗剪切组件实现相邻框架柱端部之间的拼接。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

1)本公开提供了一种适合于装配式混凝土框架结构的高位拼接耗能梁柱节点及施工方法，该节点采用工程常规材料即可完成装配，可避免结构构件在地震作用下出现过大的损伤，残余变形小，便于房屋震后修复及功能恢复，提高节点的抗震性能。

2)框架柱可采用多层预制，以减小拼接接头数量。拼接面位于楼面上部受力较小位置，框架柱拼接位置和梁柱节点位置相互错开，便于梁柱节点及框架柱拼接节点耗能元件的现场安装施工，有利于提高装配质量和效率。

3)框架柱拼接节点设置耗能板，该钢板中间设置缩尺段，一端设置扁圆形滑移孔，一端设置固定孔，可确保钢板受拉时屈服耗能，亦可避免钢板受压时压曲失稳。

4)框架柱拼接节点设置抗剪切组件，提高框架柱拼接节点的抗剪和抗扭能力，进而提高结构的冗余度和鲁棒性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本公开实施例1中整体结构示意图；

图2是本公开实施例1中耗能板的结构示意图；

图3是图1中A-A视向的示意图；

图4是图1中B-B视向的示意图；

图5是本公开实施例1中上框架柱与下框架柱拼接的结构示意图。

其中，1、上层预制框架柱；2、下层预制框架柱；3、预制框架梁；4、耗能板；5、滑移孔；6、固定孔；7、连接螺栓；8、方形钢管；9、钢靴；10、剪力键；11、牛腿；12、保护钢板；13、柱内耗能筋预留孔道；14、保护角钢；15、安装槽；16、梁内耗能筋预留孔道；17、耗能筋；18、热塑管；19、波纹管；20、无黏结预应力筋；21、水泥基灌浆料；22、锚固钢板；23、直螺纹套筒。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-5所示，本实施例以两个框架柱为例，进行高位拼接耗能梁柱节点的结构描述：一种高位拼接耗能梁柱节点，其组成包括：上层预制框架柱1；下层预制框架柱2；预制框架梁3；耗能板4。

其中，所述上层预制框架柱1和下层预制框架柱2(即上文所述的支撑柱)，结合预制构件的生产、运输和吊装能力，采用两层或三层一预制。上层预制框架柱1和下层预制框架柱2的拼接面设在受力较小且便于施工的位置，距楼面高度(H)一般为1/4～1/3楼层层高。

其中，所述上层预制框架柱1和下层预制框架柱2在拼接截面处设置耗能板4，耗能板4采用延性较好低碳钢制作，中间设有缩尺段，呈狗骨形，钢板一端设置滑移孔5，另一端设置固定孔6。所述耗能板4与上层预制框架柱1、下层预制框架柱2采用连接螺栓7连接固定。具体的，所述固定孔为圆形螺栓孔，所述滑移孔为扁圆形。

可以理解的是，在满足其抗拉强度要求的情况下，耗能板也可以采用其他材质，可由本领域技术人员自行设置。

在其中一种安装方式中，滑移孔与上层预制框架柱中的定位孔利用连接螺栓固定，固定孔与下层预制框架柱中的定位孔利用连接螺栓固定。可以理解的是，在受压较大的情况下，连接螺栓能够在滑移孔中滑移，以避免耗能板压屈。

在另外一种方式中，也可以滑移孔在下，固定孔在上，其具体连接方式可以由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述。

其中，所述上层预制框架柱1在底部预埋方形钢管8，并在外表面设置钢靴9。下层预制框架柱2在顶部预埋剪力键10，并在外表面设置钢靴9。所述剪力键10也采用方形钢管结构。

其中，所述下层预制框架柱2在预制框架梁3搁置位置设置牛腿11，在与预制框架梁3接触部位设置保护钢板12。所述牛腿11可采用混凝土牛腿，也可采用钢牛腿。

其中，所述下层预制框架柱2在节点处设置柱内耗能筋预留孔道13。

其中，所述预制框架梁3在与下层预制框架柱2接触部位设置保护角钢14，在梁顶和梁底设置安装槽15及梁内耗能筋预留孔道16，用于安装耗能筋17。

其中，所述耗能筋17在下层预制框架柱2内的柱内耗能筋预留孔道13内贯通，并在预制框架梁3端部设置热塑管18。所述耗能筋17采用普通强度抗震钢筋或SMA记忆合金钢。

其中，所述上层预制框架柱1和下层预制框架柱2全高通过预埋波纹管19形成无黏结预应力筋孔道，并沿全高设置无黏结预应力筋20；所述预制框架梁3全长通过预埋波纹管19形成无黏结预应力筋孔道，全长设置无黏结预应力筋20。所述无黏结预应力筋20可采用低松弛预应力钢绞线、精轧螺纹钢筋或SMA记忆合金钢。

其中，所述预制框架梁3与下层预制框架柱2结合部位及柱内耗能筋预留孔道13、梁内耗能筋预留孔道16内压力灌注高强无收缩的水泥基灌浆料21。

其中，耗能筋17末端通过锚固钢板22和直螺纹套筒23进行附加锚固。保护角钢14在预留孔道处开孔。钢靴9在连接螺栓位置开螺栓孔。

实施例2

本实施例提供一种高位拼接耗能梁柱节点的施工方法,包括以下步骤：

步骤1，上层预制框架柱1在工厂预制时，底部预埋入方形钢管8和钢靴9，预埋波纹管19形成无黏结预应力筋孔道，方形外管8与波纹管19间密封。钢筋绑扎完成后浇筑混凝土养护成型；

步骤2，下层预制框架柱2在工厂预制时，顶部预埋入剪力键10、钢靴9和保护钢板12，预埋波纹管19形成无黏结预应力筋孔道，剪力键10与波纹管19间密封，在连接螺栓7的位置设置螺栓孔。钢筋绑扎完成后浇筑混凝土养护成型。耗能筋预留孔道13可通过预埋波纹管或钢管抽芯成型；

步骤3，预制框架梁3在工厂预制时，预埋入保护角钢14，预埋波纹管19形成无黏结预应力筋孔道，通过预埋波纹管或钢管抽芯形成耗能筋预留孔道16。

步骤4，现场装配时，首先将下层预制框架柱2安装固定，随后吊装预制框架梁3并搁置在下层预制框架柱2牛腿上，安装耗能筋17，对预制框架梁3与下层预制框架柱2结合部位及预留孔道13、预留孔道16内压力灌注高强无收缩的水泥基灌浆料21，穿入无黏结预应力筋(也可在预制框架梁3就位时穿入)，施加预应力；

步骤5，吊装上层预制框架柱1，将方形钢管8和剪力键10对齐后，利用自重克服方形钢管8和剪力键10间的摩擦力，将混凝土柱1吊放就位后，安装耗能板4，完成整个节点的安装。

工厂预制框架柱与框架梁时，需要根据框架柱与框架梁的尺寸及配筋来预制耗能元件与耗能板。

具体的，耗能元件、耗能板所需要的尺寸及材料强度可由本领域技术人员计算以及软件模拟得到，此处不再赘述。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，包括，

竖向布置的多个框架柱，多个框架柱在竖向依次拼接，用于搭接框架梁的框架柱两侧分别具有牛腿，牛腿上分别搭接一个所述框架梁，框架梁的上端面设有楼面板，相邻框架柱之间、框架柱与框架梁之间分别设置有耗能元件；

具有牛腿的框架柱为支撑柱，支撑柱上端面距离楼面板的高度为1/4~1/3楼层层高，以实现支撑柱与其上方框架柱的高位拼接；

相邻框架柱之间通过耗能板连接，耗能板中具有固定孔和滑移孔，固定孔和滑移孔中分别设置有连接螺栓，框架柱在固定孔和滑移孔对应位置设置定位孔；

相邻框架柱中设置有抗剪切组件，所述抗剪切组件包括设置在其中一个框架柱端部的钢管，以及设置在另一个框架柱端部的剪力键,所述剪力键的横截面形状与钢管的横截面形状相同，所述框架柱在剪力键位置设置能够自复位的无黏结预应力筋，无黏结预应力筋在框架柱的各拼接面连续贯通，相邻框架柱的拼接处设置有两个钢靴，钢靴处设置有安装孔，连接螺栓穿过安装孔后锚入框架柱的安装孔内。

2.根据权利要求1所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，连接螺栓的头部锚入定位孔中，以实现框架柱与框架柱的连接；

在地震作用下，受拉侧的耗能板能够在连接螺栓的作用下受拉变形，进而屈服耗能；受压侧的耗能板能够由连接螺栓在滑移孔内的滑移，而避免受压弯曲屈服。

3.根据权利要求1所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，抗剪切组件能够防止相邻框架柱之间发生垂直于框架柱轴线方向的相对滑移和扭转。

4.根据权利要求1所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，所述框架梁在形心位置设置能够自复位的无黏结预应力筋，无黏结预应力筋在梁柱节点处连续贯通。

5.根据权利要求1所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，所述框架梁端部设置安装槽以及耗能筋的预留孔道，框架柱在耗能筋位置设置预留孔道，耗能筋在框架梁和框架柱预留孔道内连续贯通；

耗能筋在梁柱节点部位通过外部套管形成无黏结段，耗能筋末端通过锚固钢板形成附加锚固。

6.根据权利要求5所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，所述安装槽设置在框架梁的顶面和底面，所述无黏结段的两端穿出支撑柱后向两侧延伸设定长度。

7.根据权利要求1所述的高位拼接耗能梁柱节点，其特征在于，钢靴分别设置在相邻框架柱的端部。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的高位拼接耗能梁柱节点的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

在工厂预制框架柱、框架梁；

现场装配时，支撑柱固定，随后吊装框架梁并搁置在支撑柱的牛腿上，安装耗能元件；

吊装上层的框架柱，利用耗能板及连接螺栓实现相邻框架柱端部之间的拼接；

按上述步骤依次安装上层的框架梁和框架柱。

9.根据权利要求8所述的高位拼接耗能梁柱节点的制作方法，其特征在于,工厂预制框架柱与框架梁时，需要根据框架柱与框架梁的尺寸及配筋来制作耗能元件与耗能板。

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