CN112854440A - 装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法 - Google Patents

装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法，该连接结构的预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁相互垂直并通过L形约束钢板键与L形转动钢板键的配合进行连接，L形转动钢板键与L形约束钢板键通过约束摩擦垫板进行固定，无粘结预应力筋横向穿过预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁形成的整体，且在端部通过若干预应力筋锚具进行固定。解决了如何有效提高节点的耗能能力，最大限度的降低结构在地震作用下的损伤和破坏的技术问题，本发明实现预制混凝土梁和预制混凝土柱间的连接，在强震作用下，当预制混凝土梁达到可控的最大转动位置时，发挥自复位作用，使预制梁柱在震后恢复到原来的初始状态。

Description

装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法
技术领域
本发明涉及一种装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法，属于装配式混凝土建筑技术领域。
背景技术
作为21世纪建筑结构领域发展的重要方向之一，装配式混凝土结构以其节能环保，施工方便，工业化程度高等优点，在我国的建筑行业得到了快速推广。目前，在这一研究领域，学界和工程界重点关注的问题即如何安全、高效、可靠的提高装配式结构节点连接部位的抗震性能，避免不必要的结构损伤和破坏。
传统的装配式混凝土结构，为达到结构整体“等同现浇”的目的，在梁柱预制的同时，通常采用现浇节点的做法，以期达到与全现浇结构相近的力学性能。但在实际的施工现场，这种做法仍需要大量的混凝土湿作业，无法满足装配式建筑绿色环保，高效节能的发展理念。近年来，以套筒灌浆连接、约束浆锚连接和后浇带连接等方式为代表的干式连接技术逐渐兴起。试验研究和数值模拟结果表明，此类连接方式能够保证节点连接区域的刚度和承载力，受力可靠，但耗能较差，在反复地震荷载作用下灌浆处容易发生脆性破坏。因此，如何有效提高节点的耗能能力，最大限度的降低结构在地震作用下的损伤和破坏，对于加快装配式建筑在我国的推广，推动装配式建筑工业化和产业化发展都具有重要意义。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的如何有效提高节点的耗能能力，最大限度的降低结构在地震作用下的损伤和破坏的技术问题，提出一种装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法，实现预制混凝土梁和预制混凝土柱间的连接，以满足实际设计与施工中的需要。
本发明提出一种装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，包括两块柱内预埋钢板、梁内预埋钢板、两个L形约束钢板键、两个L形转动钢板键、约束摩擦垫板、无粘结预应力筋和若干预应力筋锚具，两块柱内预埋钢板分别安装在预制钢筋混凝土柱的左右两侧，位于内侧的柱内预埋钢板上安装两个L形约束钢板键，所述梁内预埋钢板安装在预制钢筋混凝土梁与柱连接的一侧，梁端的上下两侧安装有L形转动钢板键，所述预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁相互垂直并通过L形约束钢板键与L形转动钢板键的配合进行连接，所述L形转动钢板键与L形约束钢板键通过约束摩擦垫板进行固定，所述无粘结预应力筋横向穿过预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁形成的整体，且在端部通过若干预应力筋锚具进行固定。
优选地，所述柱内预埋钢板包括矩形钢板Ⅰ、若干预应力筋孔Ⅰ和若干螺栓孔Ⅰ，所述矩形钢板Ⅰ上设置有预应力筋孔Ⅰ和螺栓孔Ⅰ，若干螺栓孔Ⅰ分别位于若干预应力筋孔Ⅰ的上下两侧。
优选地，所述预制钢筋混凝土柱包括若干柱纵向受力钢筋、若干柱箍筋和若干金属波纹管Ⅰ，若干柱纵向受力钢筋和若干柱箍筋相互垂直绑扎为一个柱形钢筋笼，在柱形钢筋笼的中部横向设置有若干金属波纹管Ⅰ，每个金属波纹管Ⅰ的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅰ，用以穿过无粘结预应力筋。
优选地，所述梁内预埋钢板包括矩形钢板Ⅱ和若干预应力筋孔Ⅱ，所述矩形钢板Ⅱ上设置有若干预应力筋孔Ⅱ。
优选地，所述预制钢筋混凝土梁包括若干梁负弯矩筋、若干梁正弯矩筋、若干梁箍筋、若干定位钢筋和若干金属波纹管Ⅱ，若干梁负弯矩筋和若干梁正弯矩筋相互垂直绑扎为一个梁形钢筋笼，且周向通过若干梁箍筋进行固定，在梁形钢筋笼中横向设置有若干金属波纹管Ⅱ，若干金属波纹管Ⅱ设置在若干定位钢筋上，所述金属波纹管Ⅱ的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅱ，用以穿过无粘结预应力筋。
优选地，所述L形约束钢板键包括约束钢板、螺栓孔Ⅱ和螺栓转动槽，所述约束钢板包括一个背板和三个侧板，三个侧板与背板垂直连接，所述背板上开有两个螺栓孔Ⅱ，每个侧板上开有一个弧形的螺栓转动槽。
优选地，所述L形转动钢板键包括转动钢板、螺栓孔Ⅲ和螺栓转动孔，所述转动钢板包括一个底板和三个竖板，三个竖板垂直连接在底板上，所述底板上设置有两个螺栓孔Ⅲ，每个竖板上设置有螺栓转动孔。
优选地，所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构包括两个高强螺栓，其中一个高强螺栓依次穿过L形约束钢板键的三个螺栓转动槽，另一个高强螺栓依次穿过L形转动钢板键的三个螺栓转动孔，两个高强螺栓的同侧端通过约束摩擦垫板进行固定连接。
优选地，所述约束摩擦垫板包括摩擦垫板、高强螺栓槽和高强螺栓孔，所述摩擦垫板上设置有高强螺栓槽和高强螺栓孔，所述高强螺栓槽的位置和左右宽度由螺栓转动槽的位置和左右宽度确定，上下高度由高强螺栓的螺杆外径确定；所述高强螺栓孔的位置由螺栓转动孔的位置确定，尺寸由高强螺栓的螺杆外径确定。
一种所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构的拼装方法，具体包括以下步骤：
(1)绑扎预制钢筋混凝土柱的钢筋骨架，绑扎完毕后，在钢筋骨架的中部区域绑扎若干根金属波纹管Ⅰ，并将柱内预埋钢板通过模板固定在钢筋骨架的两侧，保证预应力筋孔Ⅰ与预应力筋孔道Ⅰ对齐，然后进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成柱预留螺栓孔，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土柱的制作；绑扎预制钢筋混凝土梁，钢筋绑扎完毕后，在钢筋骨架的中部区域绑扎若干根金属波纹管Ⅱ，并将梁内预埋钢板通过模板固定在钢筋骨架的一侧，保证预应力筋孔Ⅱ与预应力筋孔道Ⅱ对齐，然后进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成梁预留螺栓孔，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土梁的制作；
(2)将L形约束钢板键远离水平翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土柱外表面柱内预埋钢板的上下区域，确保螺栓孔Ⅱ和柱预留螺栓孔对齐，然后将柱端固定螺栓沿螺栓孔Ⅱ和柱预留螺栓孔贯通插入并穿过L形约束钢板键和预制钢筋混凝土柱，柱端固定螺栓在预制钢筋混凝土柱另一侧外表面伸出的螺杆部分，通过柱端固定螺母拧紧固定；
(3)将L形转动钢板键远离竖直翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土梁的上下外表面，确保螺栓孔Ⅲ和梁预留螺栓孔对齐，然后将梁端固定螺栓沿螺栓孔Ⅲ和梁预留螺栓孔由下至上贯通插入并穿过L形转动钢板键和预制钢筋混凝土梁，梁端固定螺栓在L形转动钢板键上方伸出的螺杆部分，通过梁端固定螺母拧紧固定；
(4)将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁吊装至预定位置，缓慢移动预制钢筋混凝土梁，使L形转动钢板键的水平和竖直翼缘与L形约束钢板键的水平和竖直翼缘彼此保持平行但不接触，二者间预留一定的水平和垂直间隙，在这一过程中，确保预制钢筋混凝土梁和预制钢筋混凝土柱的接触界面，以及预应力筋孔Ⅰ和预应力筋孔Ⅱ彼此对齐；
(5)引导无粘结预应力筋穿过全部预制构件，然后在预制钢筋混凝土梁的一侧对无粘结预应力筋进行张拉，同时在预制钢筋混凝土柱的一侧采用预应力筋锚具固定无粘结预应力筋；
(6)待无粘结预应力筋张拉并锚固完毕后，在L形约束钢板键和L形转动钢板键的两侧放置约束摩擦垫板，然后将高强螺栓同时分别穿过高强螺栓槽和螺栓转动槽，以及高强螺栓孔和螺栓转动孔，并用扭矩扳手拧紧螺母，扭矩扳手施加的预紧力由预制构件间传递的剪力计算确定。
本发明所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法的有益效果为：
1、本发明在预制混凝土柱和预制混凝土梁内通过设置柱内预埋钢板和梁内预埋钢板，能有效防止在地震作用较大时，预制构件的接触面处因相对转动可能产生的混凝土压碎剥落现象，增强了结构的整体性。
2、本发明中L形约束钢板键和L形转动钢板键间通过约束摩擦垫板和高强螺栓连接。对高强螺栓施加的预紧力能够有效保证节点的抗弯刚度，使节点在地震作用较小时保持弹性状态。
3、本发明中预制混凝土梁能够以穿过高强螺栓槽和螺栓转动槽的高强螺栓为转动轴，根据所受荷载的大小和方向不同，在螺栓转动槽的左右宽度范围内向上或向下转动。当预制梁柱间发生较大的相对转动时，L形约束钢板键和L形转动钢板键间的竖直与水平翼缘彼此相互触碰，能够起到约束转动变形的作用。在此过程中，约束摩擦垫板和L形约束钢板键以及L形转动钢板键的两翼外侧板壁间发生摩擦并耗散能量，可防止结构变形过于集中，避免结构构件发生损伤破坏。此外，高强螺栓和约束摩擦垫板可根据实际需求进行更换，操作简单方便。
4、本发明预制构件间传递的弯矩由无粘结预应力筋承担，通过对无粘结预应力筋施加预应力，将全部预制构件连接起来并产生预压力。在强震作用下，当预制混凝土梁达到可控的最大转动位置时，由于无粘结预应力筋始终保持弹性状态，此时开始发挥自复位作用，使预制梁柱在震后恢复到原来的初始状态。
5、本发明制作要求较高的部分，包括预制混凝土柱、预制混凝土梁、L形约束钢板键以及L形转动钢板键的制作，均可在工厂完成，运输到现场后按顺序拼装，安装和拆卸步骤简单，安装过程安全可靠，且施工现场无混凝土湿作业，符合装配式建筑绿色环保，高效节能的发展理念。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是柱内预埋钢板的三维图；
图2是预制钢筋混凝土柱内的钢筋布置三维图；
图3是预制钢筋混凝土柱的三维图；
图4是梁内预埋钢板的三维图；
图5是预制钢筋混凝土梁内的钢筋布置三维图；
图6是预制钢筋混凝土梁的三维图；
图7是L形约束钢板键的三维图；
图8是柱端固定螺栓的三维图；
图9是柱端固定螺母的三维图；
图10是L形转动钢板键的三维图；
图11是梁端固定螺栓的三维图；
图12是梁端固定螺母的三维图；
图13是高强螺栓的三维图
图14是螺母的三维图；
图15是约束摩擦垫板的三维图；
图16是预应力筋的三维图；
图17是预应力筋锚具的三维图；
图18是L形约束钢板键与预制钢筋混凝土柱组装完成的三维图；
图19是L形转动钢板键与预制钢筋混凝土梁组装完成的三维图；
图20是预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁吊装完毕的三维图；
图21是无粘结预应力筋穿过预制混凝土构件后的三维图；
图22是无粘结预应力筋张拉完毕，用预应力筋锚具固定后的三维图；
图23是将高强螺栓与约束摩擦垫板、L形约束钢板键和L形转动钢板键间固定并拧紧后的三维图；
图24是地震作用下预制钢筋混凝土梁向上方转动的状态三维图；
图25是地震作用下预制钢筋混凝土梁向下方转动的状态三维图；
图中，1-矩形钢板Ⅰ；2-预应力筋孔Ⅰ；3-螺栓孔Ⅰ；4-柱纵向受力钢筋；5-柱箍筋；6-金属波纹管Ⅰ；7-预应力筋孔道Ⅰ；8-柱预留螺栓孔；9-矩形钢板Ⅱ；10-预应力筋孔Ⅱ；11-梁负弯矩筋；12-梁正弯矩筋；13-梁箍筋；14-定位钢筋；15-金属波纹管Ⅱ；16-预应力筋孔道Ⅱ；17-梁预留螺栓孔；18-L形约束钢板；19-螺栓孔Ⅱ；20-螺栓转动槽；21-柱端固定螺栓；22-柱端固定螺母；23-L形转动钢板；24-螺栓孔Ⅲ；25-螺栓转动孔；26-梁端固定螺栓；27-梁端固定螺母；28-高强螺栓；29-螺母；30-摩擦垫板；31-高强螺栓槽；32-高强螺栓孔；33-无粘结预应力筋；34-预应力筋锚具。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-25说明本实施方式。本实施方式所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，包括两块柱内预埋钢板、梁内预埋钢板、两个L形约束钢板键、两个L形转动钢板键、约束摩擦垫板、无粘结预应力筋33和若干预应力筋锚具34，两块柱内预埋钢板分别安装在预制钢筋混凝土柱的左右两侧，位于内侧的柱内预埋钢板上安装两个L形约束钢板键，所述梁内预埋钢板安装在预制钢筋混凝土梁与柱连接的一侧，梁端的上下两侧安装有L形转动钢板键，所述预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁相互垂直并通过L形约束钢板键与L形转动钢板键的配合进行连接，所述L形转动钢板键与L形约束钢板键通过约束摩擦垫板进行固定，所述无粘结预应力筋33横向穿过预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁形成的整体，且在端部通过若干预应力筋锚具34进行固定。
所述柱内预埋钢板包括矩形钢板Ⅰ1、若干预应力筋孔Ⅰ2和若干螺栓孔Ⅰ3，所述矩形钢板Ⅰ1上设置有预应力筋孔Ⅰ2和螺栓孔Ⅰ3，若干螺栓孔Ⅰ3分别位于若干预应力筋孔Ⅰ2的上下两侧。
所述预制钢筋混凝土柱包括若干柱纵向受力钢筋4、若干柱箍筋5和若干金属波纹管Ⅰ6，若干柱纵向受力钢筋4和若干柱箍筋5相互垂直绑扎为一个柱形钢筋笼，在柱形钢筋笼的中部横向设置有若干金属波纹管Ⅰ6，每个金属波纹管Ⅰ6的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅰ7，用以穿过无粘结预应力筋33。
所述梁内预埋钢板包括矩形钢板Ⅱ9和若干预应力筋孔Ⅱ10，所述矩形钢板Ⅱ9上设置有若干预应力筋孔Ⅱ10。
所述预制钢筋混凝土梁包括若干梁负弯矩筋11、若干梁正弯矩筋12、若干梁箍筋13、若干定位钢筋14和若干金属波纹管Ⅱ15，若干梁负弯矩筋11和若干梁正弯矩筋12相互垂直绑扎为一个梁形钢筋笼，且周向通过若干梁箍筋13进行固定，在梁形钢筋笼中横向设置有若干金属波纹管Ⅱ15，若干金属波纹管Ⅱ15设置在若干定位钢筋14上，所述金属波纹管Ⅱ15的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅱ16，用以穿过无粘结预应力筋33。
所述L形约束钢板键包括约束钢板18、螺栓孔Ⅱ19和螺栓转动槽20，所述约束钢板18包括一个背板和三个侧板，三个侧板与背板垂直连接，所述背板上开有两个螺栓孔Ⅱ19，每个侧板上开有一个弧形的螺栓转动槽20。
所述L形转动钢板键包括转动钢板23、螺栓孔Ⅲ24和螺栓转动孔25，所述转动钢板23包括一个底板和三个竖板，三个竖板垂直连接在底板上，所述底板上设置有两个螺栓孔Ⅲ24，每个竖板上设置有螺栓转动孔25。
所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构包括两个高强螺栓28，其中一个高强螺栓28依次穿过L形约束钢板键的三个螺栓转动槽20，另一个高强螺栓28依次穿过L形转动钢板键的三个螺栓转动孔25，两个高强螺栓28的同侧端通过约束摩擦垫板进行固定连接。
所述约束摩擦垫板包括摩擦垫板30、高强螺栓槽31和高强螺栓孔32，所述摩擦垫板30上设置有高强螺栓槽31和高强螺栓孔32，所述高强螺栓槽31的位置和左右宽度由螺栓转动槽20的位置和左右宽度确定，上下高度由高强螺栓28的螺杆外径确定；所述高强螺栓孔32的位置由螺栓转动孔25的位置确定，尺寸由高强螺栓28的螺杆外径确定。
如图1-图25所示，本发明装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构及拼装方法，主要包括：预制钢筋混凝土柱(图3)、预制钢筋混凝土梁(图6)，用于二者间进行连接的L形约束钢板键(图7)、L形转动钢板键(图10)、约束摩擦垫板(图15)、无粘结预应力筋(图16)和预应力筋锚具(图17)。
(1)如图1所示，柱内预埋钢板的具体结构及制作过程如下：
柱内预埋钢板(图1)由矩形钢板Ⅰ1、预应力筋孔Ⅰ2和螺栓孔Ⅰ3组成。
矩形钢板Ⅰ1的板壁两侧通过双面贯通钻孔的方式设置预应力筋孔Ⅰ2和螺栓孔Ⅰ3，预应力筋孔Ⅰ2的位置、个数和尺寸由穿过孔内的无粘结预应力筋33的位置、根数和尺寸确定，螺栓孔Ⅰ3的位置、个数和尺寸由穿过孔内的柱端固定螺栓21的位置、根数和尺寸确定。矩形钢板Ⅰ1的厚度由预制梁柱间的相对转动刚度确定，其余尺寸由预制钢筋混凝土柱(图3)的尺寸确定。
(2)如图2-图3所示，预制钢筋混凝土柱的具体结构和制作过程如下：
柱内的钢筋由柱纵向受力钢筋4和柱箍筋5组成。钢筋绑扎完毕后，根据设计需求，在钢筋骨架的中部区域绑扎若干根金属波纹管Ⅰ6(图2)，金属波纹管Ⅰ6的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅰ7，用以穿过无粘结预应力筋33。
在柱内的钢筋骨架外支撑模板，并将柱内预埋钢板(图1)通过模板固定在钢筋骨架的两侧，保证预应力筋孔Ⅰ2与预应力筋孔道Ⅰ7对齐。在浇筑混凝土的过程中，可通过钢筋骨架两侧柱内预埋钢板(图1)的螺栓孔Ⅰ3插入若干根钢棒，贯通穿过整个钢筋骨架。混凝土在模板内的保护层浇筑厚度不低于柱内预埋钢板(图1)的厚度，二者的两侧外表面沿竖向彼此平齐。待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成柱预留螺栓孔8，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土柱(图3)的制作。
(3)如图4所示，梁内预埋钢板的具体结构及制作过程如下：
梁内预埋钢板(图4)由矩形钢板Ⅱ9和预应力筋孔Ⅱ10组成。
矩形钢板Ⅱ9的板壁两侧通过双面贯通钻孔的方式设置预应力筋孔Ⅱ10，预应力筋孔Ⅱ10的位置、个数和尺寸由穿过孔内的无粘结预应力筋33的位置、根数和尺寸确定。矩形钢板Ⅱ9的厚度由预制梁柱间的相对转动刚度确定，其余尺寸由预制钢筋混凝土梁(图6)的尺寸确定。
(4)如图5-图6所示，预制钢筋混凝土梁的具体结构和制作过程如下：
梁内的钢筋由梁负弯矩筋11、梁正弯矩筋12、梁箍筋13和定位钢筋14组成。定位钢筋14的作用在于固定金属波纹管Ⅱ15，其位置可灵活调整。钢筋绑扎完毕后，根据预制钢筋混凝土柱(图3)内金属波纹管Ⅰ6的位置和根数，在钢筋骨架内绑扎相同数量的金属波纹管Ⅱ15。金属波纹管Ⅱ15的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅱ16，用以穿过无粘结预应力筋33。
在梁内的钢筋骨架外支撑模板，并将梁内预埋钢板(图4)通过模板固定在钢筋骨架的一侧，保证预应力筋孔Ⅱ10与预应力筋孔道Ⅱ16对齐。在浇筑混凝土的过程中，可沿钢筋骨架的上下区域贯通插入若干根钢棒，钢棒插入的位置由与梁连接固定的L形转动钢板键(图10)内的螺栓孔Ⅲ24的位置确定。混凝土在模板内的保护层浇筑厚度不低于梁内预埋钢板(图4)的厚度，二者的两侧外表面沿竖向彼此平齐。待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成梁预留螺栓孔17，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土梁(图6)的制作。
(5)如图7所示，L形约束钢板键的具体结构及制作过程如下：
L形约束钢板键(图7)由L形约束钢板18、螺栓孔Ⅱ19和螺栓转动槽20组成。
L形约束钢板18和预制钢筋混凝土柱(图3)连接的板壁两侧通过双面贯通钻孔的方式设置螺栓孔Ⅱ19，螺栓孔Ⅱ19的位置、个数和尺寸由穿过孔内的柱端固定螺栓21的位置、根数和尺寸确定。
L形约束钢板18的左右两翼和中翼板壁侧面，靠近水平翼缘下侧边界的区域采用车槽或铣床加工的方式设置螺栓转动槽20，螺栓转动槽20的中心位置和左右宽度根据设计需求确定，上下高度等于穿过槽内的高强螺栓28的螺杆外径。
L形约束钢板18的板壁厚度由预制构件间传递的剪力和弯矩计算确定。
(6)如图8-图9所示，柱端固定螺栓和柱端固定螺母的具体结构及制作过程如下：
柱端固定螺栓21的根数和尺寸可根据实际设计需求确定。
柱端固定螺母22的数量和尺寸由柱端固定螺栓21的根数和尺寸确定。
(7)如图10所示，L形转动钢板键的具体结构及制作过程如下：
L形转动钢板键(图10)由L形转动钢板23、螺栓孔Ⅲ24和螺栓转动孔25组成。
L形转动钢板23和预制钢筋混凝土梁(图6)连接的板壁两侧通过双面贯通钻孔的方式设置螺栓孔Ⅲ24，螺栓孔Ⅲ24的位置、个数和尺寸由穿过孔内的梁端固定螺栓26的位置、根数和尺寸确定。
L形转动钢板23的左右两翼和中翼板壁侧面，靠近水平翼缘上侧边界的区域通过双面贯通钻孔的方式设置螺栓转动孔25，螺栓转动孔25的尺寸由穿过孔内的高强螺栓28的尺寸确定，位置则根据设计需求，由L形约束钢板18内螺栓转动槽20的位置以及L形转动钢板键(图10)与L形约束钢板键(图7)间预留的相对转动空隙大小确定。
L形转动钢板23的两翼及中翼板壁厚度与L形约束钢板18的两翼及中翼板壁厚度相同，以保证预制梁柱在发生较大的相对转动时，L形约束钢板键(图7)和L形转动钢板键(图10)间的竖直与水平翼缘彼此相互触碰，起到约束转动变形的作用。
L形转动钢板23的其余尺寸由预制构件间传递的剪力和弯矩计算确定。
(8)如图11-图12所示，；梁端固定螺栓和梁端固定螺母的具体结构及制作过程如下：
梁端固定螺栓26的根数和尺寸可根据实际设计需求确定。
梁端固定螺母27的数量和尺寸由梁端固定螺栓26的根数和尺寸确定。
(9)如图13-图14所示，高强螺栓和螺母的具体结构及制作过程如下：
高强螺栓28的螺杆长度不小于L形约束钢板键(图7)或L形转动钢板键(图10)的左右两翼外侧板壁净间距、约束摩擦垫板(图15)的二倍厚度和螺母29的厚度之和。
高强螺栓28的螺杆外径由预制构件间传递的剪力计算确定。
螺母29的尺寸由高强螺栓28的螺杆外径确定。
(10)如图15所示，约束摩擦垫板的具体结构及制作过程如下：
约束摩擦垫板(图15)由摩擦垫板30、高强螺栓槽31和高强螺栓孔32组成。
摩擦垫板30优选高强度的材料制作，与L形约束钢板键(图7)和L形转动钢板键(图10)接触的一侧可进行粗糙处理以增加摩擦阻力。
高强螺栓槽31的位置和左右宽度由螺栓转动槽20的位置和左右宽度确定，上下高度由高强螺栓28的螺杆外径确定。
高强螺栓孔32的位置由螺栓转动孔25的位置确定，尺寸由高强螺栓28的螺杆外径确定。
(11)如图16-图17所示，无粘结预应力筋与锚头的具体结构及制作过程如下：
无粘结预应力筋33的材质、根数和尺寸可根据实际设计需求确定。
预应力筋锚具34可结合实际情况，选用夹片式锚具、支承式锚具或锥塞式锚具。
上述构件均可在工厂内预制完成或采购，然后运输到施工现场组装，具体组装过程如下：
(1)如图18所示，将L形约束钢板键(图7)远离水平翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土柱(图3)外表面柱内预埋钢板(图1)的上下区域，确保螺栓孔Ⅱ19和柱预留螺栓孔8对齐，然后将柱端固定螺栓21沿螺栓孔Ⅱ19和柱预留螺栓孔8贯通插入并穿过L形约束钢板键(图7)和预制钢筋混凝土柱(图3)，柱端固定螺栓21在预制钢筋混凝土柱(图3)另一侧外表面伸出的螺杆部分，通过柱端固定螺母22拧紧固定。
(2)如图19所示，将L形转动钢板键(图10)远离竖直翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土梁(图6)的上下外表面，确保螺栓孔Ⅲ24和梁预留螺栓孔17对齐，然后将梁端固定螺栓26沿螺栓孔Ⅲ24和梁预留螺栓孔17由下至上贯通插入并穿过L形转动钢板键(图10)和预制钢筋混凝土梁(图6)，梁端固定螺栓26在L形转动钢板键(图10)上方伸出的螺杆部分，通过梁端固定螺母27拧紧固定。
(3)如图20所示，将预制钢筋混凝土柱(图3)和预制钢筋混凝土梁(图6)吊装至预定位置，缓慢移动预制钢筋混凝土梁(图6)，使L形转动钢板键(图10)的水平和竖直翼缘与L形约束钢板键(图7)的水平和竖直翼缘彼此保持平行但不接触，二者间预留一定的水平和垂直间隙。在这一过程中，还应确保预制钢筋混凝土梁(图6)和预制钢筋混凝土柱(图3)的接触界面，以及预应力筋孔Ⅰ2和预应力筋孔Ⅱ10彼此对齐。
(4)如图21-图22所示，引导无粘结预应力筋33穿过全部预制构件(图21)，然后在预制钢筋混凝土梁(图6)的一侧对无粘结预应力筋33进行张拉，同时在预制钢筋混凝土柱(图3)的一侧采用预应力筋锚具34固定无粘结预应力筋33(图22)。
(5)如图23所示，待无粘结预应力筋33张拉并锚固完毕后，在L形约束钢板键(图7)和L形转动钢板键(图10)的两侧放置约束摩擦垫板(图15)，然后将高强螺栓28同时分别穿过高强螺栓槽31和螺栓转动槽20，以及高强螺栓孔32和螺栓转动孔25，并用扭矩扳手拧紧螺母29，扭矩扳手施加的预紧力由预制构件间传递的剪力计算确定。
本实施例中，柱内预埋钢板(图1)和梁内预埋钢板(图4)能有效防止预制钢筋混凝土柱(图3)和预制钢筋混凝土梁(图6)在地震作用较大时，接触面处因相对转动可能产生的混凝土压碎剥落现象，增强了结构的整体性。
本实施例中，L形约束钢板键(图7)和L形转动钢板键(图10)间通过约束摩擦垫板(图15)和高强螺栓28连接。对高强螺栓28施加的预紧力能够有效保证节点的抗弯刚度，使节点在地震作用较小时保持弹性状态。
本实施例中，预制钢筋混凝土梁(图6)能够以穿过高强螺栓槽31和螺栓转动槽20的高强螺栓28为转动轴，根据所受荷载的大小和方向不同，在螺栓转动槽20的左右宽度范围内向上或向下转动。当预制梁柱间发生较大的相对转动时，L形约束钢板键(图7)和L形转动钢板键(图10)间的竖直与水平翼缘彼此相互触碰，能够起到约束转动变形的作用。在此过程中，约束摩擦垫板(图15)和L形约束钢板键(图7)以及L形转动钢板键(图10)的两翼外侧板壁间发生摩擦并耗散能量，可防止结构变形过于集中，避免结构构件发生损伤破坏。
本实施例中，预制构件间传递的弯矩由无粘结预应力筋33承担。通过对无粘结预应力筋33施加预应力，将全部预制构件连接起来并产生预压力。在强震作用下，当预制钢筋混凝土梁(图6)达到可控的最大转动位置时，由于无粘结预应力筋33始终保持弹性状态，此时开始发挥自复位作用，使预制梁柱在震后恢复到原来的初始状态。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，包括两块柱内预埋钢板、梁内预埋钢板、两个L形约束钢板键、两个L形转动钢板键、约束摩擦垫板、无粘结预应力筋(33)和若干预应力筋锚具(34)，两块柱内预埋钢板分别安装在预制钢筋混凝土柱的左右两侧，位于内侧的柱内预埋钢板上安装两个L形约束钢板键，所述梁内预埋钢板安装在预制钢筋混凝土梁与柱连接的一侧，梁端的上下两侧安装有L形转动钢板键，所述预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁相互垂直并通过L形约束钢板键与L形转动钢板键的配合进行连接，所述L形转动钢板键与L形约束钢板键通过约束摩擦垫板进行固定，所述无粘结预应力筋(33)横向穿过预制钢筋混凝土柱与预制钢筋混凝土梁形成的整体，且在端部通过若干预应力筋锚具(34)进行固定。
2.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述柱内预埋钢板包括矩形钢板Ⅰ(1)、若干预应力筋孔Ⅰ(2)和若干螺栓孔Ⅰ(3)，所述矩形钢板Ⅰ(1)上设置有预应力筋孔Ⅰ(2)和螺栓孔Ⅰ(3)，若干螺栓孔Ⅰ(3)分别位于若干预应力筋孔Ⅰ(2)的上下两侧。
3.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述预制钢筋混凝土柱包括若干柱纵向受力钢筋(4)、若干柱箍筋(5)和若干金属波纹管Ⅰ(6)，若干柱纵向受力钢筋(4)和若干柱箍筋(5)相互垂直绑扎为一个柱形钢筋笼，在柱形钢筋笼的中部横向设置有若干金属波纹管Ⅰ(6)，每个金属波纹管Ⅰ(6)的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅰ(7)，用以穿过无粘结预应力筋(33)。
4.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述梁内预埋钢板包括矩形钢板Ⅱ(9)和若干预应力筋孔Ⅱ(10)，所述矩形钢板Ⅱ(9)上设置有若干预应力筋孔Ⅱ(10)。
5.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述预制钢筋混凝土梁包括若干梁负弯矩筋(11)、若干梁正弯矩筋(12)、若干梁箍筋(13)、若干定位钢筋(14)和若干金属波纹管Ⅱ(15)，若干梁负弯矩筋(11)和若干梁正弯矩筋(12)相互垂直绑扎为一个梁形钢筋笼，且周向通过若干梁箍筋(13)进行固定，在梁形钢筋笼中横向设置有若干金属波纹管Ⅱ(15)，若干金属波纹管Ⅱ(15)设置在若干定位钢筋(14)上，所述金属波纹管Ⅱ(15)的内部空心区域作为预应力筋孔道Ⅱ(16)，用以穿过无粘结预应力筋(33)。
6.根据权利要求1所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述L形约束钢板键包括约束钢板(18)、螺栓孔Ⅱ(19)和螺栓转动槽(20)，所述约束钢板(18)包括一个背板和三个侧板，三个侧板与背板垂直连接，所述背板上开有两个螺栓孔Ⅱ(19)，每个侧板上开有一个弧形的螺栓转动槽(20)。
7.根据权利要求6所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述L形转动钢板键包括转动钢板(23)、螺栓孔Ⅲ(24)和螺栓转动孔(25)，所述转动钢板(23)包括一个底板和三个竖板，三个竖板垂直连接在底板上，所述底板上设置有两个螺栓孔Ⅲ(24)，每个竖板上设置有螺栓转动孔(25)。
8.根据权利要求7所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构包括两个高强螺栓(28)，其中一个高强螺栓(28)依次穿过L形约束钢板键的三个螺栓转动槽(20)，另一个高强螺栓(28)依次穿过L形转动钢板键的三个螺栓转动孔(25)，两个高强螺栓(28)的同侧端通过约束摩擦垫板进行固定连接。
9.根据权利要求8所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构，其特征在于，所述约束摩擦垫板包括摩擦垫板(30)、高强螺栓槽(31)和高强螺栓孔(32)，所述摩擦垫板(30)上设置有高强螺栓槽(31)和高强螺栓孔(32)，所述高强螺栓槽(31)的位置和左右宽度由螺栓转动槽(20)的位置和左右宽度确定，上下高度由高强螺栓(28)的螺杆外径确定；所述高强螺栓孔(32)的位置由螺栓转动孔(25)的位置确定，尺寸由高强螺栓(28)的螺杆外径确定。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的装配式混凝土框架梁柱自复位转动节点连接结构的拼装方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)绑扎预制钢筋混凝土柱的钢筋骨架，绑扎完毕后，在钢筋骨架的中部区域绑扎若干根金属波纹管Ⅰ(6)，并将柱内预埋钢板通过模板固定在钢筋骨架的两侧，保证预应力筋孔Ⅰ(2)与预应力筋孔道Ⅰ(7)对齐，然后进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成柱预留螺栓孔(8)，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土柱的制作；绑扎预制钢筋混凝土梁，钢筋绑扎完毕后，在钢筋骨架的中部区域绑扎若干根金属波纹管Ⅱ(15)，并将梁内预埋钢板通过模板固定在钢筋骨架的一侧，保证预应力筋孔Ⅱ(10)与预应力筋孔道Ⅱ(16)对齐，然后进行混凝土浇筑，待混凝土凝固后，拔出钢棒，形成梁预留螺栓孔(17)，然后拆除模板，完成预制钢筋混凝土梁的制作；
(2)将L形约束钢板键远离水平翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土柱外表面柱内预埋钢板的上下区域，确保螺栓孔Ⅱ(19)和柱预留螺栓孔(8)对齐，然后将柱端固定螺栓(21)沿螺栓孔Ⅱ(19)和柱预留螺栓孔(8)贯通插入并穿过L形约束钢板键和预制钢筋混凝土柱，柱端固定螺栓(21)在预制钢筋混凝土柱另一侧外表面伸出的螺杆部分，通过柱端固定螺母(22)拧紧固定；
(3)将L形转动钢板键远离竖直翼缘一侧的板壁紧贴预制钢筋混凝土梁的上下外表面，确保螺栓孔Ⅲ(24)和梁预留螺栓孔(17)对齐，然后将梁端固定螺栓(26)沿螺栓孔Ⅲ(24)和梁预留螺栓孔(17)由下至上贯通插入并穿过L形转动钢板键和预制钢筋混凝土梁，梁端固定螺栓(26)在L形转动钢板键上方伸出的螺杆部分，通过梁端固定螺母(27)拧紧固定；
(4)将预制钢筋混凝土柱和预制钢筋混凝土梁吊装至预定位置，缓慢移动预制钢筋混凝土梁，使L形转动钢板键的水平和竖直翼缘与L形约束钢板键的水平和竖直翼缘彼此保持平行但不接触，二者间预留一定的水平和垂直间隙，在这一过程中，确保预制钢筋混凝土梁和预制钢筋混凝土柱的接触界面，以及预应力筋孔Ⅰ(2)和预应力筋孔Ⅱ(10)彼此对齐；
(5)引导无粘结预应力筋(33)穿过全部预制构件，然后在预制钢筋混凝土梁的一侧对无粘结预应力筋(33)进行张拉，同时在预制钢筋混凝土柱的一侧采用预应力筋锚具(34)固定无粘结预应力筋(33)；
(6)待无粘结预应力筋(33)张拉并锚固完毕后，在L形约束钢板键和L形转动钢板键的两侧放置约束摩擦垫板，然后将高强螺栓(28)同时分别穿过高强螺栓槽(31)和螺栓转动槽(20)，以及高强螺栓孔(32)和螺栓转动孔(25)，并用扭矩扳手拧紧螺母(29)，扭矩扳手施加的预紧力由预制构件间传递的剪力计算确定。
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