CN111663664A - 一种装配式承载力和刚度独立调控节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式承载力和刚度独立调控节点，其包括混凝土柱、混凝土梁、连接模块和阻尼器模块。混凝土柱的一端设置有柱盖板，且柱盖板上设置有多个螺栓栓杆；连接模块包括与螺栓栓杆连接的柱外端板，柱外端板的侧边通过柱外封板连接，柱外端板之间设置支撑型钢；柱外封板上设置柱端连接板和柱端耳板。混凝土梁的一端设置有梁端板，梁端板上设置有与柱端耳板连接的梁端耳板；阻尼器模块与柱端板和梁端板连接；阻尼器模块上开设有多个长度不同的长方形通孔。通过调节多个长方形通孔之间的间隙及边长构建不同长宽比的屈曲耗能段，降低节点非线性承载力峰值，调整阻尼器模块的厚度来调整节点的刚度，实现节点刚度和承载力独立调控。

Description

一种装配式承载力和刚度独立调控节点

技术领域

本发明涉及装配式节点设计技术领域，尤其涉及一种装配式承载力和刚度独立调控节点。

背景技术

现有技术中，装配式混凝土结构具有生产效率高、施工速度快、构件质量好以及节约资源和保护环境等优点。然而，历史震害调查表明，已有装配式混凝土结构在地震中的严重破坏多因节点破坏造成。因此，在装配式混凝土结构中，节点的力学性能及其塑性发展对结构的抗震性能具有重要作用。

在装配式混凝土结构中，传统装配式“干连接节点”主要采用附加预应力筋、附加阻尼器、连接处通过钢板焊接或螺栓连接等方式。这种“干连接”方式有助于施工现场污染小的同时装配式混凝土结构抗震性能近似现浇混凝土结构。

但是，现有装配式节点存在以下几个方面问题：

在预制混凝土结构中，传统装配式节点中“干连接节点”主要为结构附加式节点，影响建筑结构空间的有效利用，且在地震作用下混凝土梁易发生严重破坏。另外，由于钢材与混凝土材料特性的巨大差异，预制混凝土结构中传统钢连接节点往往通过牺牲节点刚度而实现节点承载力降低，导致节点承载力和刚度不可独立调控，不利于传统预制混凝土结构在小震作用下的抗侧刚度。适用于预制混凝土结构的传统装配式节点在地震过程中难以实现塑性位置控制，且震后难以拆卸更换。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种装配式承载力和刚度独立调控节点旨在解决上述问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种装配式承载力和刚度独立调控节点，其包括：混凝土柱、混凝土梁、连接模块和阻尼器模块；

所述混凝土柱的一端设置有柱盖板，且所述柱盖板上固定设置有多个螺栓栓杆；所述连接模块包括有与所述螺栓栓杆连接的柱外端板，所述柱外端板成对设置，成对设置的所述柱外端板的侧边通过柱外封板连接，成对设置的所述柱外端板之间还设置有支撑型钢；至少一块所述柱外封板上设置有柱端连接板和柱端耳板，所述柱端连接板上开设有与所述阻尼器模块相配合的柱端连接孔；

所述混凝土梁的一端设置有梁端板，所述梁端板上设置有与所述柱端耳板连接的梁端耳板；所述梁端板的相对两侧开设有与所述阻尼器模块相配合的梁端连接孔；所述阻尼器模块为板材，且所述阻尼器模块的相对两端上预设有分别与所述柱端连接孔和所述梁端连接孔相配合的定位孔，所述阻尼器模块通过紧固件分别连接所述柱端板和所述梁端板；所述阻尼器模块上还开设有多个长度不同的长方形通孔，所述长方形通孔中存在一对边与所述混凝土梁平行，且多个所述长方形通孔的中心所在直线与所述混凝土梁垂直。

优选地，所述阻尼器模块上设置有耗能段，所述耗能段包括两个相邻的所述长方形通孔之间的区域，所述耗能段的宽为对应两个相邻的所述长方形通孔之间的距离，所述耗能段的长为对应两个相邻的所述长方形通孔中的两相邻边之中短边的边长；所述耗能段分为屈曲耗能段和非屈曲耗能段，所述屈曲耗能段为长宽比大于5的耗能段，所述非屈曲耗能段为长宽比小于5的为耗能段。

优选地，所述耗能段还包括所述阻尼器模块上的平行于所述混凝土梁的侧边与相邻的所述长方形通孔之间的区域，此时耗能段的宽为所述阻尼器模块上的平行于所述混凝土梁的侧边与相邻的所述长方形通孔之间的距离，所述耗能段的长为相邻的所述长方形通孔上与所述阻尼器模块的侧边相对的边的边长。

优选地，沿所述阻尼器模块的侧边至所述阻尼器模块的中心方向上，所述耗能段的长宽比逐渐减小。

优选地，所述混凝土柱为混凝土浇注制成，所述混凝土柱中设置有柱内型钢、柱纵筋和柱箍筋；

所述柱内型钢和所述柱纵筋的一端均焊接在所述柱盖板上，且所述柱内型钢和所述柱纵筋的长度方向与所述混凝土柱的高度方向一致，每根所述柱箍筋连接至少两个所述柱纵筋。

优选地，所述柱内型钢和所述支撑型钢的截面均为工字型，所述柱内型钢和所述支撑型钢的钢材型号及翼缘方向相同。

优选地，所述连接模块上还设置有第一防屈曲肋板、第二防屈曲肋板、柱内连接板和柱外连接封板；

所述第一防屈曲肋板的一端与所述柱外封板焊接，所述第一防屈曲肋板的另一端与所述支撑型钢的翼缘焊接在一起；

所述支撑型钢的腹板的两侧均分别与所述第二防屈曲肋板的一端焊接，所述第二屈曲肋板的另一端上焊接有所述柱内连接板；

所述柱外连接封板通过紧固件与所述柱内连接板连接在一起。

优选地，所述混凝土梁为混凝土浇注制成，所述混凝土梁中设置有多根角钢、多根梁纵筋和多根梁箍筋；

所述角钢和所述梁纵筋的一端均焊接在所述梁端板上，且所述角钢和所述梁纵筋的长度方向与所述混凝土梁的长度方向一致，所述角钢的一端靠近所述梁端板的角设置，所述梁纵筋靠近所述角钢设置，每根所述梁箍筋连接至少两根所述梁纵筋。

优选地，所述柱端耳板有两块，所述梁端耳板设置在两块所述柱端耳板之间，所述梁端耳板和所述柱端耳板上均设置相互配合的定位销孔，定位销通过插入所述梁端耳板和所述柱端耳板上设置的所述定位销孔实现梁端耳板与所述柱端耳板之间的连接。

优选地，所述长方形通孔的四个角处均做了倒角处理。

(三)有益效果

本发明通过用连接模块将两个混凝土柱连接起来，同时混凝土梁通过梁端耳板与连接模块上的柱端耳板连接，实现装配式结构；同时还用阻尼器模块通过紧固件分别连接柱端板和梁端板，在阻尼器模块上开设多个长方形通孔，通过调节多个长度不同的长方形通孔之间的间隙以及长方形孔的边长来降低节点非线性承载力峰值，实现节点的承载力调控。通过调整阻尼器模块的厚度即调整节点的截面参数来调整节点的刚度，实现节点刚度和承载力独立调控，使得在发生地震时，阻尼器模块的塑性形变先于混凝土梁发生，起到保护混凝土梁的作用，且在震后阻尼器模块易于更换。

附图说明

图1为本发明一种装配式承载力和刚度独立调控节点的结构示意图；

图2为图1在A处的放大图；

图3为本发明中连接模块的结构示意图；

图4为本发明中阻尼器模块的结构示意图；

图5为本发明中阻尼器模块的局部放大图；

图6为本发明中混凝土柱的结构示意图；

图7为本发明中混凝土梁的结构示意图。

【附图标记说明】

1：混凝土柱；11：柱盖板；110：螺栓栓杆；12：柱内型钢；13：柱纵筋；14：柱箍筋；2：连接模块；21：柱外端板；22：柱外封板；221：柱端连接板；2210：柱端连接孔；222：柱端耳板；23：支撑型钢；24：第一防屈肋板；25：第二防屈肋板；26：柱内连接板；27：柱外连接封板；3：混凝土梁；31：梁端板；311：梁端耳板；312：梁端连接孔；32：角钢；33：梁纵筋；34：梁箍筋；4：阻尼器模块；40：定位孔；41：长方形通孔；42：屈曲耗能段；43：非屈曲耗能段。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种装配式承载力和刚度独立调控节点，其包括：混凝土柱1、混凝土梁3、连接模块2和阻尼器模块4；两个混凝土柱1之间通过连接模块2连接，混凝土梁3通过阻尼器模块4与连接模块2连接在一起。

如图2、图3和图6所示，混凝土柱1的一端设置有柱盖板11，且柱盖板11上固定设置有多个螺栓栓杆110。连接模块2包括有与螺栓栓杆110连接的柱外端板21，具体地，柱外端板21上设置有与螺栓栓杆110相配合的通孔，螺栓栓杆110通过与紧固件的配合将混凝土柱1可拆卸的安装在柱外端板21上。柱外端板21成对设置，成对设置的柱外端板21的侧边通过柱外封板22连接，柱外端板21可以通过焊接的方式与柱外封板22连接，成对设置的柱外端板21之间还设置有支撑型钢23。连接模块2能够通过一对柱外端板21固定两个混凝土柱1，且两个混凝土柱1之间通过支撑型钢23传力，由于支撑型钢23具有较强抗弯承载能力和承重能力，使得两个混凝土柱1之间的连接点在地震作用下保持弹性。至少一块柱外封板22上设置有柱端连接板221和柱端耳板222，柱端连接板221上开设有与阻尼器模块4相配合的柱端连接孔2210。

如图2至图7所示，混凝土梁3的一端设置有梁端板31，梁端板31上设置有与柱端耳板222连接的梁端耳板311。在优选的实施方案中，柱端耳板222有两块，梁端耳板311设置在两块柱端耳板222之间，梁端耳板311和柱端耳板222上均设置相互配合的定位销孔，定位销通过插入梁端耳板311和柱端耳板222上设置的定位销孔实现梁端耳板311与柱端耳板222之间的连接。选择高强度销作为定位销，利用高强度销和梁端耳板311与柱端耳板222的配合来承受在发生地震时的剪力，保证节点不坍塌，进而实现塑性可控以及实现良好的耗能性能。

如图2至图4所示，混凝土梁3通过梁端耳板311与柱外封板22上的柱端耳板222可拆卸地连接，从而固定在连接模块2上，实现混凝土柱1之间以及混凝土柱1与混凝土梁3之间的装配式的连接，在工程项目中极大地提高了生产和施工效率。梁端板31的相对两侧开设有与阻尼器模块4相配合的梁端连接孔312。阻尼器模块4为板材，且阻尼器模块4的相对两端上预设有分别与柱端连接孔2210和梁端连接孔312相配合的定位孔40，阻尼器模块4通过紧固件分别连接柱端板和梁端板31。如图4所示，阻尼器模块4上还开设有多个长度不同的长方形通孔41，且长方形通孔41的四个角处均做了倒角处理，长方形通孔41的中心均在一条直线上，长方形通孔41中存在一对边与混凝土梁3平行且长方形通孔41的中心所在直线与混凝土梁3垂直。用阻尼器模块4连接混凝土梁3和连接混凝土柱1，实现吸收地震输入的结构振动能量，保护混凝土梁3和混凝土柱1。

如图4所示，具体的实现手段为：在阻尼器模块4上开设多个长方形通孔41，通过调节多个长度不同的长方形通孔41之间的间隙以及长方形孔的边长来降低节点非线性承载力峰值，实现节点的承载力调控。通过调整阻尼器模块4的厚度即调整节点的截面参数来调整节点的刚度，实现节点刚度和承载力独立调控，使得在发生地震时，阻尼器模块4的塑性形变先于混凝土梁3发生，起到保护混凝土梁3的作用，且在震后阻尼器模块4易于更换。

进一步地，如图4和图5所示，阻尼器模块4上设置有耗能段，耗能段包括两个相邻的长方形通孔41之间的区域，耗能段的宽为对应两个相邻的长方形通孔41之间的距离，耗能段的长为对应两个相邻的长方形通孔41的两相邻边之中短边的边长。耗能段还包括阻尼器模块4上平行于混凝土梁3的侧边与相邻的长方形通孔41之间的区域，此时耗能段的宽为阻尼器模块4上平行于混凝土梁3的侧边与相邻的长方形通孔41之间的距离，耗能段的长为相邻的长方形通孔41上与阻尼器模块4的侧边相对的边的边长。如图5所示，沿阻尼器模块4的侧边至阻尼器模块4的中心方向上，此时耗能段的长依次分别为：A1、A2、A3、A4，耗能段对应的宽依次分别为B1、B2、B3、B4。

耗能段分为屈曲耗能段42和非屈曲耗能段43，屈曲耗能段42为长宽比大于5的耗能段，非屈曲耗能段43为长宽比小于5的为耗能段。通过在阻尼器模块4设置长宽比较大的屈曲耗能段42，降低节点非线性承载能力峰值，能够使得节点在地震过程中塑性发展集中于阻尼器模块4上的屈曲耗能段42，从而保护混凝土梁3模块避免损伤。同时还在阻尼器模块4上设置非屈曲耗能段43，并且通过控制非屈曲耗能段43的截面尺寸来保持节点非线性承载力，使得阻尼器模块4在地震作用下具有一定的承载能力。

如图4所示，沿阻尼器模块4的侧边至阻尼器模块4的中心方向上，耗能段的长宽比逐渐减小。其中，在具体的实施例中，如图5所示，沿阻尼器模块4的侧边至阻尼器模块4的中心方向上，耗能段的长宽比依次依次减小且分别为

在优选的实施例中，沿阻尼器的侧边至阻尼器的中心的方向上设置有至少一个长宽比不同的屈曲耗能段24和至少一个长宽比不同的非屈曲耗能段43。现有的技术中往往是通过在阻尼器上开同样大小的孔形成相同耗能段，以降低节点承载能力，但存在节点在地震作用下易发生面外变形，而由面外变形造成的节点承载力降低无法通过节点参数设计确定。因此，现有技术中，节点难以通过截面参数进行节点承载力设计。并且，现有技术中的节点在初始刚度不变的情况下，节点承载力最多降低10％，因此节点承载力降低可调范围较小。本申请中的节点不仅通过在阻尼器上开孔形成非屈曲耗能段43，以降低节点承载能力，而且还通过增大耗能段长宽比(长宽比大于5)形成屈曲耗能段42，通过考虑屈曲的分析模型量化控制节点承载力降低，从而易于节点承载力设计。并且，通过在阻尼器模块4上开设不同长宽比的耗能段的设计，节点在保证初始刚度不变的情况下，节点承载力降低可调范围较广，可降低百分比为50％。

更进一步地，如图6所示，混凝土柱1为混凝土浇注制成，混凝土柱1中设置有柱内型钢12、柱纵筋13和柱箍筋14。柱内型钢12和柱纵筋13的一端均焊接在柱盖板11上，且柱内型钢12和柱纵筋13的长度方向与混凝土柱1的高度方向一致，每根柱箍筋连接至少两个柱纵筋13。在优选的实施方案中，柱盖板12为矩形板材，混凝土柱1中包括有4根柱纵筋13和多根柱箍筋14，每根柱纵筋13分别靠近柱盖板12的四个角设置，每根柱箍筋14均固定4根柱纵筋13形成柱钢筋笼。柱内型钢12和支撑型钢23的截面均为工字型，柱内型钢12和支撑型钢23的钢材型号及翼缘方向相同，且在混凝土柱1和连接模块2安装在一起后，柱内型钢12和支撑型钢23的几何中心在同一条直线上。这保证了两根混凝土柱1之间装配后柱内轴力直接通过型钢传力，使得通过连接模块2连接的两个混凝土柱1有足够的强度。在本发明中，在横截面形式为工字型的钢中，其上面的翼板称为上翼缘，下面的翼板称为下翼缘，连接两翼缘的板称为腹板，且上翼缘和下翼缘统称为翼缘。

接着，如图3所示，连接模块2上还设置有第一防屈曲肋板24、第二防屈曲肋板25、柱内连接板26和柱外连接封板27。第一防屈曲肋板24的一端与柱外封板22焊接，第一防屈曲肋板24的另一端与支撑型钢23的翼缘焊接在一起。支撑型钢23的腹板的两侧均分别与第二防屈曲肋板25的一端焊接，第二屈曲肋板25的另一端上焊接有柱内连接板26。通过在支撑型钢23的翼缘和腹板上分别焊接第一防屈肋板24和第二防屈肋板25，有效地降低了柱外连接封板27和柱外封板22在地震作用下的面外屈曲性能，提高了连接模块的抗弯承载能力，，使得本申请中的节点更加稳定。柱外连接封板27通过紧固件与柱内连接板26连接在一起。

在混凝土柱1与连接模块2的具体的安装过程中，可以先焊接柱内型钢12和第一防屈肋板24及第二防屈肋板25，再将柱外封板22焊接在第一防屈肋板24上，柱内连接板26焊接在第二防屈肋板25上，然后将柱外端板21与柱外封板22焊接在一起，再然后将混凝土柱1上的螺栓栓杆110与柱外端板21通过螺栓连接，最后，用螺栓连接柱内连接板26和柱外连接板。

如图7所示，混凝土梁3为混凝土浇注制成，混凝土梁3中设置有多根角钢32、多根梁纵筋33和多根梁箍筋34。角钢32和梁纵筋33的一端均焊接在梁端板31上，且角钢32和梁纵筋33的长度方向与混凝土梁3的长度方向一致，角钢32的一端靠近梁端板31的角设置，梁纵筋33靠近角钢32设置，每根梁箍筋34连接至少两根梁纵筋33。在优选的实施方案中，角钢32的长度按规范构造长度而定，且混凝土梁3中包括有4根梁纵筋33和多根梁箍筋34，每根梁箍筋34均固定4根梁纵筋形成梁钢筋笼。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，其包括：混凝土柱、混凝土梁、连接模块和阻尼器模块；

所述混凝土柱的一端设置有柱盖板，且所述柱盖板上固定设置有多个螺栓栓杆；所述连接模块包括有与所述螺栓栓杆连接的柱外端板，所述柱外端板成对设置，成对设置的所述柱外端板的侧边通过柱外封板连接，成对设置的所述柱外端板之间还设置有支撑型钢；至少一块所述柱外封板上设置有柱端连接板和柱端耳板，所述柱端连接板上开设有与所述阻尼器模块相配合的柱端连接孔；

所述混凝土梁的一端设置有梁端板，所述梁端板上设置有与所述柱端耳板连接的梁端耳板；所述梁端板的相对两侧开设有与所述阻尼器模块相配合的梁端连接孔；所述阻尼器模块为板材，且所述阻尼器模块的相对两端上预设有分别与所述柱端连接孔和所述梁端连接孔相配合的定位孔，所述阻尼器模块通过紧固件分别连接所述柱端板和所述梁端板；所述阻尼器模块上还开设有多个长度不同的长方形通孔，所述长方形通孔中存在一对边与所述混凝土梁平行，且多个所述长方形通孔的中心所在直线与所述混凝土梁垂直。

2.如权利要求1所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述阻尼器模块上设置有耗能段，所述耗能段包括两个相邻的所述长方形通孔之间的区域，所述耗能段的宽为对应两个相邻的所述长方形通孔之间的距离，所述耗能段的长为对应两个相邻的所述长方形通孔中的两相邻边之中短边的边长；所述耗能段分为屈曲耗能段和非屈曲耗能段，所述屈曲耗能段为长宽比大于5的耗能段，所述非屈曲耗能段为长宽比小于5的为耗能段。

3.如权利要求2所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述耗能段还包括所述阻尼器模块上的平行于所述混凝土梁的侧边与相邻的所述长方形通孔之间的区域，此时耗能段的宽为所述阻尼器模块上的平行于所述混凝土梁的侧边与相邻的所述长方形通孔之间的距离，所述耗能段的长为相邻的所述长方形通孔上与所述阻尼器模块的侧边相对的边的边长。

4.如权利要求3所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，沿所述阻尼器模块的侧边至所述阻尼器模块的中心方向上，所述耗能段的长宽比逐渐减小。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述混凝土柱为混凝土浇注制成，所述混凝土柱中设置有柱内型钢、柱纵筋和柱箍筋；

所述柱内型钢和所述柱纵筋的一端均焊接在所述柱盖板上，且所述柱内型钢和所述柱纵筋的长度方向与所述混凝土柱的高度方向一致，每根所述柱箍筋连接至少两个所述柱纵筋。

6.如权利要求5所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述柱内型钢和所述支撑型钢的截面均为工字型，所述柱内型钢和所述支撑型钢的钢材型号及翼缘方向相同。

7.如权利要求6所述的配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述连接模块上还设置有第一防屈曲肋板、第二防屈曲肋板、柱内连接板和柱外连接封板；

所述第一防屈曲肋板的一端与所述柱外封板焊接，所述第一防屈曲肋板的另一端与所述支撑型钢的翼缘焊接在一起；

所述支撑型钢的腹板的两侧均分别与所述第二防屈曲肋板的一端焊接，所述第二屈曲肋板的另一端上焊接有所述柱内连接板；

所述柱外连接封板通过紧固件与所述柱内连接板连接在一起。

8.如权利要求1-4中任意一项所述的配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述混凝土梁为混凝土浇注制成，所述混凝土梁中设置有多根角钢、多根梁纵筋和多根梁箍筋；

所述角钢和所述梁纵筋的一端均焊接在所述梁端板上，且所述角钢和所述梁纵筋的长度方向与所述混凝土梁的长度方向一致，所述角钢的一端靠近所述梁端板的角设置，所述梁纵筋靠近所述角钢设置，每根所述梁箍筋连接至少四根所述梁纵筋。

9.如权利要求1-4中任意一项所述的装配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述柱端耳板有两块，所述梁端耳板设置在两块所述柱端耳板之间，所述梁端耳板和所述柱端耳板上均设置相互配合的定位销孔，定位销通过插入所述梁端耳板和所述柱端耳板上设置的所述定位销孔实现梁端耳板与所述柱端耳板之间的连接。

10.如权利要求1-4中任意一项所述的配式承载力和刚度独立调控节点，其特征在于，所述长方形通孔的四个角处均做了倒角处理。

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