CN111749327A - 一种装配式混凝土梁柱耗能连接键 - Google Patents

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CN111749327A CN202010760815.5A CN202010760815A CN111749327A CN 111749327 A CN111749327 A CN 111749327A CN 202010760815 A CN202010760815 A CN 202010760815A CN 111749327 A CN111749327 A CN 111749327A
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Abstract

本发明公开了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，包括第一端板，第一端板固定设置在混凝土柱上，第二端板固定设置在混凝土梁上；第一铰接板的一端与第一端板固定连接，另一端与第二铰接板的一端铰接，第二铰接板的另一端与第二端板固定连接，第一铰接板与第二铰接板的铰接轴水平设置；两个耗能板竖向平行设置在第一与第二端板之间，且对称设置在第一及第二铰接板的两侧；耗能板的两端分别第一铰接板及第二铰接板可拆卸固定连接；本发明通过设置两个相互铰接连接的铰接板，其在梁柱节点的梁端处形成相对薄弱区，实现了梁端塑形铰的可控性，避免了梁柱节点区域的脆性破坏；通过设置耗能板，耗能板能够有效吸收地震能量，提高了结构的整体抗震性能。

Description

一种装配式混凝土梁柱耗能连接键
技术领域
本发明属于土木工程结构技术领域，特别涉及一种装配式混凝土梁柱耗能连接键。
背景技术
在预制装配式混凝土框架结构中，梁柱是主要承重构件，而梁柱节点区域在结构中处于弯矩、剪力及轴力复合作用的受力状态；该区域主要协同梁、柱等各构件形成整体结构共同工作以抵抗外部荷载，维持结构稳定与安全；因此，梁柱节点区域的性能对结构整体的承载能力及抗震性能有着重要作用，又被称为节点核心区。在进行结构设计时，除了使结构满足承载力的要求外，还应满足“强柱弱梁”及“强节点弱构件”抗震设计原则；其中，“强柱弱梁”要求梁较柱先破坏，即控制铰先出现在梁上；“强节点弱构件”要求节点有较好的耗能能力，在地震作用下，节点区域能耗散较多的地震能量从而保护梁柱构件。
随着装配式混凝土框架结构的发展，结构梁柱连接方式繁多，但仍存在一些突出问题：1、梁破坏时，梁端未能形成塑性铰，梁柱节点区域为脆性破坏，未能很好的实现“强柱弱梁”；同时，节点区也未能达到耗散大量能量从而保护主体结构的目标；2、结构设计时没有考虑震后修复问题，当梁柱节点区域发生破坏后很难进行修复或者需要较大代价进行检测及后期加固。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，以解决现有的混凝土梁柱结构中，梁柱节点区易发生脆性破坏，且震后节点难以修复的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，所述耗能连接键设置在混凝土梁柱节点区域的梁端部；耗能连接键包括第一端板、第二端板、两个耗能板、第一铰接板及第二铰接板；
第一端板固定设置在混凝土柱上，第二端板固定设置在混凝土梁上，第一端板与第二端板竖向平行；第一铰接板的一端与第一端板固定连接，第一铰接板的另一端与第二铰接板的一端铰接，第二铰接板的另一端与第二端板固定连接，第一铰接板与第二铰接板的铰接轴水平设置；
两个耗能板竖向平行设置在第一端板与第二端板之间，且对称设置在第一铰接板及第二铰接板的两侧；耗能板的一端与第一铰接板可拆卸固定连接，另一端与第二铰接板可拆卸固定连接。
进一步的，第一铰接板及第二铰接板的铰接端均设置为圆弧形结构，圆弧形结构的中心开设铰接螺栓孔，铰接螺栓孔中水平设置有铰接螺栓。
进一步的，第一铰接板包括两个第一铰接钢板及第一肋板，两个第一铰接钢板竖向平行设置，第一肋板水平设置在两个第一铰接钢板之间；第二铰接板包括两个第二铰接钢板及第二肋板，两个第二铰接钢板竖向平行设置，第二肋板水平设置在两个第二铰接钢板之间；第一铰接钢板的一端与第一端板固定连接，另一端与第二铰接钢板的一端铰接，第二铰接钢板的另一端与第二端板固定连接。
进一步的，第一铰接钢板与第一端板采用焊接固定；第二铰接钢板与第二端板采用焊接固定。
进一步的，混凝土柱中设置有第一预埋型钢，第一端板与第一预埋型钢的端部焊接固定；混凝土梁中设置有第二预埋型钢，第二端板与第二预埋型钢的端部焊接固定。
进一步的，第一预埋型钢及第二预埋型钢均采用H型钢，H型钢的腹板竖向设置。
进一步的，耗能板包括第一连接段、耗能段及第二连接段，第一连接段与第二连接段分别设置在耗能段的两端，耗能段对应设置在铰接轴的端部；第一连接段与第一铰接板可拆卸固定，第二连接段与第二铰接板可拆卸固定。
进一步的，耗能段的上下两端分别设置有耗能凹槽，耗能段的中间均匀设置若干条形孔洞，条形孔洞的长轴方向水平设置。
进一步的，第一铰接板与耗能板之间设置有第一垫块，耗能板、第一铰接板及第一垫块之间采用螺栓固定连接；第二铰接板与耗能板之间设置有第二垫块，耗能板、第二铰接板及第二垫块之间采用螺栓固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，通过设置两个相互铰接连接的铰接板，其在梁柱节点的梁端处形成相对薄弱区，确保了混凝土梁破坏时，梁端的塑形铰出现在该相对薄弱区，实现了梁端塑形铰的可控性，避免了梁柱节点区域的脆性破坏；通过在铰接板的两侧设置耗能板，耗能板能够有效吸收地震能量，避免了混凝土梁柱结构遭受地震破坏，提高了结构的整体抗震性能；耗能板与铰接板之间采用可拆卸连接，实现了耗能板的拆卸更换，便于震后修复，明显降低了修复加固成本。
进一步的，通过将铰接板的端部设置为圆弧形结构，在铰接板之间形成圆弧形铰，受力条件下，圆弧形铰处能够产生转动变形，使梁柱节点区不受剪力破坏，减小了结构破坏；通过将铰接端设置为圆弧型，便于圆弧型铰的转动，同时避免了应力集中。
进一步的，铰接板包括两个铰接钢板及肋板，通过采用两个铰接钢板，使梁柱节点的相对薄弱区出现在该处，具有良好的承载能力；通过在两个铰接钢板之间设置肋板，避免了使用过程铰接板出现失稳，提高了结构的整体性和稳定性。
进一步的，通过在混凝土柱及混凝土梁中设置预埋型钢，利用预埋型钢将连接键端板与混凝土梁柱连接，为连接键与梁柱的连接提供可靠的附着点，确保了梁柱与连接键之间可靠连接。
进一步的，预埋型钢采用H型钢，确保了预埋型钢与混凝土的可靠粘接，为连接键提供可靠支撑，整体性好；H型钢便于加工，成本低。
进一步的，通过将耗能板的耗能段设置在铰接轴端部，铰接轴端部是耗能键受力时主要发生变形的部位，使耗能板更好的发挥变形耗能的作用。
进一步的，通过在耗能段的上下端设置耗能凹槽，耗能段的中间设置条形孔洞，耗能凹槽及条形孔洞实现了对耗能板的削弱，提高了耗能板的变形能力，增加了耗能连接键的耗能能力，确保耗能连接键较梁构件先破坏，实现了对梁构件的保护。
进一步的，通过在耗能板与铰接板之间设置垫块，确保了耗能板与铰接的位于不同平面上的铰接板的良好连接；耗能板、垫块及铰接板之间采用螺栓连接，便于对耗能板的拆卸更换，方便震后修复，结构连接简单，稳定性较好。
本发明所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，采用两个铰接板铰接连接，在铰接连接处形成相对薄弱区，可控制梁端塑性铰出现在该相对薄弱区截面处，实现了塑性铰的可控性，避免了梁柱节点区域的脆性破坏；通过设置两个耗能板使得耗能件的耗能能力较为优越，可以吸收大量地震能量，让梁柱结构受到较少的地震作用起到保护梁柱构件的作用，有利于提高结构整体抗震性能；本发明所述的耗能连接键该便于拆卸，具有可更换性，便于震后修复，避免了结构震后拆除重建，且能明显减少修复加固成本；本发明具有承载力高、变形能力好、耗能能力强以及可更换等优点。
附图说明
图1为本发明所述的装配式混凝土梁柱耗能连接键的正视图；
图2为本发明所述的装配式混凝土梁柱耗能连接键的俯视图；
图3为本发明所述的装配式混凝土梁柱耗能连接键的装配结构示意图。
其中，1第一端板，2第二端板，3耗能板，4第一铰接板，5第二铰接板，6第一垫块，7第二垫块，8第一预埋型钢，9混凝土柱，10混凝土梁，11铰接螺栓，12连接螺栓，13第二预埋型钢，14耗能连接键；31第一连接段，32耗能段，33第二连接段；41第一铰接钢板，42第一肋板；51第二铰接钢板，52第二肋板。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1-3所述，本发明提供了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，所述耗能连接键14设置在混凝土梁柱节点区域的梁端部，确保了耗能连接键的耗能性能得到充分发挥；所述耗能连接键包括第一端板1、第二端板2、两个耗能板3、第一铰接板4、第二铰接板5、第一垫块6、第二垫块7、第一预埋型钢8及第二预埋型钢13。
第一端板1固定设置在混凝土柱9上，混凝土柱9中水平设置有第一预埋型钢8，第一预埋型钢8的上下翼缘板分别与混凝土梁的上下翼缘平行，第一预埋型钢8的腹板竖向设置；第一端板1焊接固定在第一预埋型钢8的端部；第二端板2固定设置在混凝土梁10上，混凝土梁10中水平设置有第二预埋型钢13，第二预埋型钢13的上下翼缘板分别与混凝土梁的上下翼缘平行，第二预埋型钢13的腹板竖向设置，第二端板2焊接固定在第二预埋型钢13的端部。
第一端板1与第二端板2竖向平行，第一铰接板4及第二铰接板5水平设置在第一端板1及第二端板2之间；第一铰接板4的一端与第一端板1固定连接，第一铰接板4的另一端与第二铰接板5的一端铰接，第二铰接板5的另一端与第二端板2固定连接，第一铰接板4与第二铰接板5的铰接轴水平设置，且垂直与混凝土梁10轴线方向设置。
两个耗能板3竖向平行设置在第一端板1与第二端板2之间，且对称设置在第一铰接板4及第二铰接板5的两侧；耗能板3的一端与第一铰接板4可拆卸固定连接，另一端与第二铰接板5可拆卸固定连接。
第一铰接板4与耗能板3之间设置有第一垫块6，耗能板3、第一垫块6及第一铰接板4之间采用连接螺栓12固定连接；第二铰接板5与耗能板3之间设置有第二垫块7，耗能板3、第二垫块7及第二铰接板4之间采用连接螺栓12固定连接；由于第一铰接板4与第二铰接板5铰接时，第一铰接板4与第二铰接板5处于不同竖直平面内，通过在耗能板3与第一铰接板4之间设置第一垫块6，在耗能板3与第二铰接板5之间设置第二垫块7，确保了耗能板与位于不同平面上的铰接板的良好连接；耗能板、垫块及铰接板之间采用螺栓连接，便于对耗能板的拆卸更换，方便震后修复，结构连接简单，稳定性较好。
第一铰接板4包括两个第一铰接钢板41及第一肋板42，两个第一铰接钢板41竖向平行设置，第一铰接钢板41的一端与第一端板1固定连接，另一端与第二铰接板5铰接；第一肋板42水平设置在两个第一铰接钢板41之间，第一肋板42的两端分别与两个第一铰接钢板41焊接固定；第一铰接钢板41的固定端与第一端板1焊接固定，第一铰接钢板41与第一端板1之间施加角焊缝。
第二铰接板5包括两个第二铰接钢板51及第二肋板52，两个第二铰接钢板51竖向平行设置，第二铰接钢板51的一端与第二端板2固定连接，另一端与第一铰接板4铰接；第二肋板52水平设置在两个第二铰接钢板51之间，第二肋板52的两端分别与两个第二铰接钢板51焊接固定；第二铰接钢板51的固定段与第二端板2焊接固定，第二铰接钢板51与第二端板2之间施加角焊缝。
第一铰接钢板41及第二铰接钢板52的铰接端均设置有圆弧形结构，圆弧形结构的中心开设铰接螺栓孔，铰接螺栓孔中水平设置有铰接螺栓11，铰接螺栓11作为第一铰接板4及第二铰接板5的铰接轴；两个第一铰接钢板41竖向平行设置在两个第二铰接钢板52之间，且两个第二铰接钢板52竖向平行设置在两个耗能板3之间；第一垫块6设置在第一铰接钢板41与耗能板3之间，第二垫块7设置在第二铰接钢板51与耗能板3之间；通过在铰接钢板与耗能板之间设置垫块，实现了耗能板与铰接钢板的良好连接，确保了耗能板3的竖直度。
优选的，本发明中的第一预埋型钢8和第二预埋型钢13均采用H型钢，H型钢的腹板竖向设置；通过将H型钢腹板竖向设置，H型钢腹板与连接键同向，方便连接键与预埋H型钢梁段的焊接连接。
耗能板3包括第一连接段31、耗能段32及第二连接段33，第一连接段31与第二连接段33分别设置在耗能段32的两端，耗能段32对应设置在铰接轴的端部；第一连接段31与第一铰接板4固定连接，第二连接段33与第二铰接板5固定连接；其中，第一连接段31、第一垫块6及第一铰接钢板41上对应设置有若干螺栓孔，连接螺栓12依次贯穿第一连接段31、第一垫块6及第一铰接钢板41上的螺栓孔，将第一连接段31、第一垫块6及第一铰接钢板41固定连接在一起；第二连接段33、第二垫块7及第二铰接钢板51上对应设置有若干螺栓孔，连接螺栓12依次贯穿第二连接段33、第二垫块7及第二铰接钢板51上的螺栓孔，将第二连接段33、第二垫块7及第二铰接钢板51固定连接在一起。
耗能段32作为耗能连接键的耗能区，耗能段32的上下两端分别设置有耗能凹槽，耗能段32的中间均匀设置若干条形孔洞，条形孔洞的长轴方向水平设置；通过在耗能段的上下端设置耗能凹槽，耗能段的中间设置条行孔洞，耗能凹槽及条形孔洞实现了对耗能板的削弱，提高了耗能板的变形能力，增加了耗能连接键的耗能能力，确保耗能连接键较梁构件先破坏，实现了对梁构件的保护。
工作原理
本发明所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，通过铰接板、耗能板与端板可靠连接，确保了耗能连接键较高的承载力；铰接板连接形成两个铰，两个铰可避免受力作用时铰板失稳屈曲；耗能板上开孔处为耗能段，布置在铰接板连接处；在地震作用下，铰处发生转动变形，此时耗能段发生变形从而实现耗能；变形耗能过程，其应力主要分布在耗能板开孔处两侧，随着应力的逐渐增大，耗能板上的开孔率先进入屈服状态，消耗一部分能量，并继续进行耗能变形，此时应力逐渐向耗能板的薄弱处转移；最终耗能连接键的耗能段腹板都处于屈服状态，使耗能连接键充分表现出优越的耗能能力；本发明中通过在腹板中间设置多个椭圆形孔，有利于避免多边形孔角部的应力集中，提高了耗能连接键的变形能力，提高了耗能连接键的耗能效果。
实施例
本实施例提供了一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，所述耗能连接键通过在混凝土梁柱节点区域的梁端设铰接，并在铰上设置耗能板；包括左右各两块铰接钢板、前后两块耗能钢板、左右两块端板、钢垫块及钢肋板。
左侧两块铰接钢板的左端与左侧端板焊接固定，其右端设置为圆弧形结构，圆弧形结构的的中心设置有铰接螺栓孔；右侧两块铰接钢板的右端与右端钢板焊接固定，其左端设置为圆弧形结构，圆弧形结构的中心设置有铰接螺栓孔；左右两侧的四块铰接钢板通过铰接螺栓连接形成两个铰接结构。
前后两块耗能钢板的上下两端设置耗能凹槽，中部开设有若干条形空洞，耗能板的左右两端预留螺栓孔；为了使耗能钢板与铰接的不在同一平面上的铰接钢板连接良好，故在耗能钢板与左右两铰接钢板间各放置留有螺栓孔的钢垫块，使耗能钢板与铰接板实现螺栓连接；另外，在两铰中间焊接钢肋板，防止铰接板失稳；
本实施例中，左右端板与混凝土梁柱中预埋的H型钢进行焊接，从而实现耗能件与结构的可靠连接；为了使所设计的耗能构件的耗能性能得到充分发挥，将耗能键放置在梁柱节点区域的梁端部；在耗能键中左右铰接钢板为铰接连接，使其较整个梁更薄弱，从而控制梁铰首先出现在耗能件处；并且四块铰接钢板连接形成了两个铰，同时在铰接钢板加设有钢肋板，在可以避免耗能键在使用时铰接钢板出现失稳，从而增强了整体性；通过在前后两块耗能钢板中部开有条形孔洞对其进行一定程度的削弱，提高了其变形能力，故可增加构件的耗能能力，可控制耗能构件较梁构件先坏，保护梁构件。
本实施例中，在预制混凝土梁构件时，将H型钢预埋进混凝土梁的梁端；预制混凝土柱构件时，将H型钢沿垂直柱纵向的方向预埋在梁柱节点处，浇筑混凝土形成T形柱；将左侧铰接钢板端部切割为弧形，并在左侧开设螺栓孔，并与左侧端板焊接连接，沿铰接板长向施加角焊缝；右侧铰接钢板与右侧端板同理进行焊接；将前耗能钢板、钢垫块、与铰接钢板的螺孔对齐，通过连接螺栓进行连接；在左侧或右侧的两块铰接钢板之间分别焊接钢肋板；最后，将左右两端板分别与左右预埋H型钢进行焊接连接。
本发明所述的装配式混凝土梁柱耗能连接键，利用同侧的两个铰接钢板与肋板焊接形成异形H型钢结构，将梁柱之间的两个H型钢结构铰接，其铰接处为相对薄弱处，可以控制梁端塑性铰出现在该截面处，实现了塑性铰的可控性，避免了梁柱节点区域的脆性破坏；
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (9)

1.一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，所述耗能连接键设置在混凝土梁柱节点区域的梁端部；耗能连接键包括第一端板(1)、第二端板(2)、两个耗能板(3)、第一铰接板(4)及第二铰接板(5)；
第一端板(1)固定设置在混凝土柱(9)上，第二端板(2)固定设置在混凝土梁(10)上，第一端板(1)与第二端板(2)竖向平行；第一铰接板(4)的一端与第一端板(1)固定连接，第一铰接板(4)的另一端与第二铰接板(5)的一端铰接，第二铰接板(5)的另一端与第二端板(2)固定连接，第一铰接板(4)与第二铰接板(5)的铰接轴水平设置；
两个耗能板(3)竖向平行设置在第一端板(1)与第二端板(2)之间，且对称设置在第一铰接板(4)及第二铰接板(5)的两侧；耗能板(3)的一端与第一铰接板(4)可拆卸固定连接，另一端与第二铰接板(5)可拆卸固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，第一铰接板(4)及第二铰接板(5)的铰接端均设置为圆弧形结构，圆弧形结构的中心开设铰接螺栓孔，铰接螺栓孔中水平设置有铰接螺栓(11)。
3.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，第一铰接板(4)包括两个第一铰接钢板(41)及第一肋板(42)，两个第一铰接钢板(41)竖向平行设置，第一肋板(42)水平设置在两个第一铰接钢板(41)之间；第二铰接板(5)包括两个第二铰接钢板(51)及第二肋板(52)，两个第二铰接钢板(51)竖向平行设置，第二肋板(52)水平设置在两个第二铰接钢板(51)之间；第一铰接钢板(41)的一端与第一端板(1)固定连接，另一端与第二铰接钢板(51)的一端铰接，第二铰接钢板(51)的另一端与第二端板(2)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，第一铰接钢板(41)与第一端板(1)采用焊接固定；第二铰接钢板(51)与第二端板(2)采用焊接固定。
5.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，混凝土柱(9)中设置有第一预埋型钢(8)，第一端板(1)与第一预埋型钢(8)的端部焊接固定；混凝土梁(10)中设置有第二预埋型钢(13)，第二端板(2)与第二预埋型钢(13)的端部焊接固定。
6.根据权利要求5所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，第一预埋型钢(8)及第二预埋型钢(13)均采用H型钢，H型钢的腹板竖向设置。
7.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，耗能板(3)包括第一连接段(31)、耗能段(32)及第二连接段(33)，第一连接段(31)与第二连接段(33)分别设置在耗能段(32)的两端，耗能段(32)对应设置在铰接轴的端部；第一连接段(31)与第一铰接板(4)可拆卸固定，第二连接段(33)与第二铰接板(5)可拆卸固定。
8.根据权利要求7所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，耗能段(32)的上下两端分别设置有耗能凹槽，耗能段(32)的中间均匀设置若干条形孔洞，条形孔洞的长轴方向水平设置。
9.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土梁柱耗能连接键，其特征在于，第一铰接板(4)与耗能板(3)之间设置有第一垫块(6)，耗能板(3)、第一铰接板(4)及第一垫块(6)之间采用螺栓固定连接；第二铰接板(5)与耗能板(3)之间设置有第二垫块(7)，耗能板(3)、第二铰接板(5)及第二垫块(7)之间采用螺栓固定连接。
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