CN112962807A - 一种摩擦型自复位现浇梁柱节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摩擦型自复位现浇梁柱节点，包括：削弱的钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱及自复位摩擦型连接件；削弱的钢筋混凝土梁和钢筋混凝土柱通过现浇连接，并在削弱的钢筋混凝土梁端上下侧的两个削弱区域增设自复位摩擦型连接件；本发明所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，有如下有益效果：通过削弱梁端，实现“强柱弱梁”的损伤模式，将损伤主要集中于梁端可更换的自复位摩擦型连接件，减小相邻梁构件的内力需求；集耗能设计、复位设计、可更换设计于一体，既能通过可变摩擦力增加结构耗能、减小结构损伤，又能利用碟簧的弹性实现自复位，减小残余变形，还能通过全螺栓连接实现对易损构件的周期性更替，便于震后修复。

Description

一种摩擦型自复位现浇梁柱节点
技术领域
本发明属于钢筋混凝土结构技术领域，涉及一种兼具复位能力和耗能能力的易于震后快速修复的摩擦型自复位现浇梁柱节点。
背景技术
地震作为一种常见的自然灾害，对经济社会的发展和人们的生命财产安全构成了严重的威胁。传统的钢筋混凝土结构在震后往往难以出现“强柱弱梁”的损伤模式，节点区域破坏严重，残余变形较大，部分构件因破坏位置的特殊性及破坏的严重性难以加固修复，且修复时间长、成本高，难以兼顾经济性。
近年来，基于韧性(resilient)的抗震设计理论成为工程抗震领域一个新的研究热点。它不仅要保障人们的生命安全，而且要将因结构丧失正常使用功能而造成的经济损失降到最小。与传统结构相比，韧性结构具有震后结构损伤轻微、残余变形小、不需要修复或稍加修复即可恢复到正常使用功能的特性。自复位钢筋混凝土节点作为韧性结构的重要组成部分，被学者们广泛研究。
目前提出的自复位钢筋混凝土节点大多利用预应力系统来实现自复位，通过在梁内配置耗能钢筋或附加阻尼器等耗能装置来增加耗能，依托装配式技术实现预制构件的连接。设计节点时，在复位设计的基础上，需要额外的耗能设计和抗剪设计，设计相对分散，构造形式相对复杂，对施工精度要求高，同时预应力会不可避免地发生损失，进而可能影响节点的性能。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提供一种摩擦型自复位现浇梁柱节点。通过将现浇钢筋混凝土节点的梁端局部削弱，并在削弱区域增设便于拆卸安装的自复位摩擦型连接件，使节点在强震作用下出现“强柱弱梁”的损伤模式，结构的损伤主要集中于梁端可更换构件；通过自复位摩擦型连接件提供的可变摩擦力耗散地震能量，利用自复位摩擦型连接件中碟簧刚度大、承载力高及使用灵活等特性提供足够的变形能力和复位能力，减小残余变形；通过全螺栓连接，在混凝土梁和柱的两端形成对拉连接，使自复位摩擦型连接件与梁柱之间形成可靠连接、便于震后更换、修复。
本发明的具体技术方案如下：
一种摩擦型自复位现浇梁柱节点，包括削弱的钢筋混凝土梁1、钢筋混凝土柱2及自复位摩擦型连接件3。
所述削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2通过现浇连接，从削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2的接触界面开始，将削弱的钢筋混凝土梁1端的上下两侧局部削弱，形成两个削弱区域1-1，并在两个削弱区域1-1对称设置自复位摩擦型连接件3。
所述削弱的钢筋混凝土梁1设有两个截面：削弱截面1-2和非削弱截面1-3，在所述削弱截面1-2和非削弱截面1-3内布置纵向受力钢筋和箍筋，削弱截面1-2需依据实际需求进行构造配筋或计算配筋，非削弱截面1-3进行计算配筋。
所述钢筋混凝土柱2内布置纵向受力钢筋和箍筋。
所述削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2均依据现行国家规范进行设计，先绑扎钢筋网，然后在削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2上预留贯通圆孔，最后浇筑混凝土制成；
所述自复位摩擦型连接件3包括：T型中心板3-1、一字型中心板3-2、上盖板3-3、下盖板3-4、碟簧组合3-5、长螺栓3-6和短螺栓3-7。
所述T型中心板3-1包括翼缘和腹板，所述T型中心板3-1翼缘上设有与削弱的钢筋混凝土梁1上预留贯通圆孔相对应的圆孔，所述腹板上设有锯齿状的凹槽并设有槽孔，
所述一字型中心板3-2的一侧为平滑侧，另一侧为凹槽侧，所述一字型中心板3-2平滑侧设有与钢筋混凝土柱2上预留贯通圆孔相对应的圆孔，凹槽侧的上下两面设有锯齿状的凹槽，并设有槽孔，
所述上盖板3-3和下盖板3-4上均设有与T型中心板3-1和一字型中心板3-2上槽孔相对应的圆孔，
所述T型中心板3-1和一字型中心板3-2夹在上盖板3-3和下盖板3-4之间并通过锯齿状的凹槽相互契合，
所述长螺栓3-6穿过T型中心板3-1翼缘上的圆孔和钢筋混凝土柱2上预留的贯通圆孔实现对拉连接，所述长螺栓3-6穿过一字型中心板3-2平滑侧的圆孔和削弱的钢筋混凝土梁1上预留的贯通圆孔实现对拉连接，
所述短螺栓3-7在自复位摩擦型连接件3的一侧将碟簧组合3-5、上盖板3-3上的圆孔、T型中心板3-1腹板上的槽孔、下盖板3-4上的圆孔和碟簧组合3-5依次连接，所述短螺栓3-7在自复位摩擦型连接件3的另一侧将碟簧组合3-5、上盖板3-3上的圆孔、一字型中心板3-2凹槽侧的槽孔、下盖板3-4上的圆孔和碟簧组合3-5依次连接，形成一个中间留有间隙的双作用连接件。
在上述方案的基础上，所述两个削弱区域1-1均为长方体，两个削弱区域1-1在梁端上下侧对称，削弱区域1-1的削弱长度hl依据自复位摩擦型连接件3的设计长度适当取值，且介于削弱的钢筋混凝土梁1未削弱部分的梁高h和2倍梁高2h之间，削弱宽度hw为削弱的钢筋混凝土梁1的梁宽b，削弱深度hd依据自复位摩擦型连接件3的设计高度的1/2适当取值，且不大于削弱的钢筋混凝土梁1未削弱部分的1/4梁高h/4。
在上述方案的基础上，所述削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2为现浇整体式，具体参数设计可根据现行国家规范和实际情况灵活选取。
在上述方案的基础上，所述自复位摩擦型连接件3通过T型中心板3-1与钢筋混凝土柱2连接，通过一字型中心板3-2与削弱的钢筋混凝土梁1连接。
在上述方案的基础上，所述T型中心板3-1为T型，腹板和翼缘通过焊接连接，腹板部分设有凹槽且在凹槽处开有长的槽孔，翼缘两侧对称开有相同大小的圆孔。
在上述方案的基础上，一字型中心板3-2为一个整体，凹槽侧开有长的槽孔，平滑侧对称开有相同大小的圆孔。
在上述方案的基础上，所述T型中心板3-1、一字型中心板3-2、上盖板3-3和下盖板3-4采用碳素结构钢或低合金高强度结构钢，也可在保证韧性需求时采用强度和刚度更高的钢材，所述T型中心板3-1、一字型中心板3-2、上盖板3-3和下盖板3-4的厚度及凹槽角度需根据实际情况灵活选取，同时为了防止平面外屈曲，T型中心板3-1和一字型中心板3-2的厚度需大于上盖板3-3和下盖板3-4的厚度。
在上述方案的基础上，所述碟簧组合3-5可依据实际需求选取合适的单片碟簧或碟簧垫圈参数并通过对合或叠合或组合的方式组成一个整体，使其在工作负荷范围内为弹性伸缩，为节点提供足够的变形能力和复位能力。
在上述方案的基础上，所述长螺栓3-6和短螺栓3-7采用高强度摩擦型螺栓，需依据实际计算选择螺栓的参数，但直径不小于M20，不大于M30，使节点在动力荷载作用下性能更加稳定。
在地震作用下，当节点变形较小时，自复位摩擦型连接件3保持一定的强度和刚度，被整体拉伸或者压缩，和削弱的钢筋混凝土梁1构件共同抵御外界荷载，削弱的钢筋混凝土梁1构件处于弹性阶段，没有发生钢筋屈服，不会产生损伤；
当节点变形增大时，自复位摩擦型连接件3中上盖板3-3和下盖板3-4和T型中心板3-1、一字型中心板3-2之间产生相对滑动，T型中心板3-1、一字型中心板3-2在上盖板3-3和下盖板3-4上滑动一定的距离即可满足耗能需求，碟簧组合3-5由于被挤压产生的压缩变形不断增大，可提供足够的复位能力，削弱的钢筋混凝土梁1构件处于弹性阶段，没有发生钢筋屈服，不会产生损伤；
当节点变形较大时，碟簧组合3-5还未完全压平时，就可提供足够的复位能力，当节点变形足够大时，削弱的钢筋混凝土梁1构件有轻微的塑性变形，自复位摩擦型连接件3中钢板的摩擦耗能与削弱的钢筋混凝土梁1构件的塑性变形同时耗散地震能量，削弱的钢筋混凝土梁1构件处于低损伤状态。
在地震作用逐渐减小的情况下，节点变形也随之逐渐减小，碟簧组合3-5由于被压缩所提供的强大恢复力将偏离原始位置的T型中心板3-1和一字型中心板3-2拉回原位，同时带动偏转的削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2归位，从而实现节点自复位，此时需依据实际情况对削弱的钢筋混凝土梁1和自复位摩擦型连接件3进行检查，必要时进行适当更换和维修。
本发明有益效果：
①实现了“强柱弱梁”的损伤模式，将结构损伤主要集中于梁端可更换构件，减小了相邻梁构件的内力需求，使梁构件处于低损伤状态；
②自复位摩擦型连接件集耗能设计、复位设计、可更换设计于一体，既能通过可变摩擦力增加结构耗能、减小结构损伤，又能利用碟簧的弹性实现复位，减小残余变形，还通过全螺栓连接实现了对易损构件的周期性更替；
③震后修复时间短、难度小、费用低，只需要将处于低损伤状态的梁构件进行简单修复或重新浇筑，将损坏严重的自复位摩擦型连接件拆卸后安装相同规格的新构件，即可恢复结构的正常使用功能。
具体表现在以下几个方面：
与传统钢筋混凝土梁柱节点相比，摩擦型自复位现浇梁柱节点将传统钢筋混凝土梁柱节点在遭受强震时会发生塑性破坏的梁端塑性铰区域进行了削弱，并在相应位置匹配了具有旗帜型滞回特性的自复位摩擦型连接件，可实现预设的“强柱弱梁”损伤模式，并且在节点位移较大时，自复位摩擦型连接件开始产生滑动，可变摩擦增加结构耗能，减小相邻梁构件内力需求，将结构损伤集中在自复位摩擦型连接件上，使得梁构件不发生严重的塑性损伤。地震作用消失后，传统钢筋混凝土梁柱节点有明显的残余变形，而摩擦型自复位现浇梁柱节点在碟簧的弹性拉伸作用下实现自复位，残余变形较小。
与目前已有的自复位梁柱节点相比，摩擦型自复位现浇梁柱节点将复位设计、耗能设计和可更换设计联合在一起，，构造相对简单，同时利用梁构件本身的削弱截面来实现抗剪设计，不需要额外的抗剪设计。
本发明在实际生产应用过程中的具体实现方案如下：
①进行参数设计，即根据实际需求设计出未削弱的梁、柱的尺寸及配筋以及连接件的各项参数，根据最终设计的连接件参数以及参考本发明给出的参数限值确定梁端削弱程度；
②制作梁柱，即绑架钢筋网，在梁柱上预留孔，随后浇筑混凝土制成；
③组装连接件，即通过短螺栓将连接件组装成一个整体；
④安装连接件，即通过长螺栓将连接件分别与梁柱连接在一起，使三者构成一个整体。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明一种摩擦型自复位现浇梁柱节点的结构示意图；
图2为本发明削弱的钢筋混凝土梁的结构示意图；
图3为本发明钢筋混凝土柱的结构示意图；
图4为本发明自复位摩擦型连接件的结构示意图。
附图标记
1削弱的钢筋混凝土梁；2钢筋混凝土柱；3自复位摩擦型连接件；
1-1削弱区域；1-2削弱截面；1-3非削弱截面；
3-1T型中心板；3-2一字型中心板；3-3上盖板；3-4下盖板；
3-5碟簧组合；3-6长螺栓；3-7短螺栓。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合附图1～4对本发明作进一步详细说明。
如图1-4所示，一种摩擦型自复位现浇梁柱节点包括：削弱的钢筋混凝土梁1、钢筋混凝土柱2及自复位摩擦型连接件3；
削弱的钢筋混凝土梁1与钢筋混凝土柱2通过现浇连接，削弱的钢筋混凝土梁1端的上下两个削弱区域1-1增设自复位摩擦型连接件3进行连接。
如图2所示，削弱的钢筋混凝土梁1设有两个截面：削弱截面1-2和非削弱截面1-3。
如图4所示，自复位摩擦型连接件3包括：T型中心板3-1、一字型中心板3-2、上盖板3-3、下盖板3-4、碟簧组合3-5、长螺栓3-6和短螺栓3-7；
T型中心板3-1包括腹板部分和翼缘部分，腹板部分开有长的槽孔，翼缘部分开有圆孔，一字型中心板3-2的一侧为平滑侧，另一侧为凹槽侧，凹槽侧开有长的槽孔，平滑侧开有圆孔。
短螺栓3-7在自复位摩擦型连接件3的一侧将碟簧组合3-5、上盖板3-3、T型中心板3-1、下盖板3-4和碟簧组合3-5依次连接，短螺栓3-7在自复位摩擦型连接件3的另一侧将碟簧组合3-5、上盖板3-3、一字型中心板3-2、下盖板3-4和碟簧组合3-5依次连接，形成一个中间留有间隙的双作用连接件；
如图4所示，在承受地震作用前，短螺栓3-7有预紧力，碟簧组合3-5有预压变形。
本发明一种摩擦型自复位现浇梁柱节点的实现情况如下：应用时将自复位摩擦型连接件设置在梁柱节点附近的削弱区域。在正常使用状态下，梁端主要受到弯矩的作用，对于自复位摩擦型连接件3而言可近似认为受到沿中心轴线方向的轴心力，随着节点变形，T型中心板3-1、一字型中心板3-2与上盖板3-3和下盖板3-4之间相对滑动，在凹槽面会有可变的摩擦力产生，碟簧组合3-5也会有压缩变形的变化。
以图4为例，做具体说明如下：
当地震作用较小时，自复位摩擦型连接件3保持一定的强度和刚度，作为一个整体被拉伸或者压缩，和削弱的钢筋混凝土梁1构件共同抵御外界荷载；当地震作用增大到一定程度时，自复位摩擦型连接件3中T型中心板3-1、一字型中心板3-2和上盖板3-3、下盖板3-4之间开始产生相对滑动，并在凹槽面上产生摩擦力，此时摩擦力大于碟簧组合3-5由于被压缩而产生的恢复力，使得碟簧组合3-5被不断压缩，同时节点在不断摩擦耗能，直至碟簧组合3-5被完全压平时，T型中心板3-1、一字型中心板3-2和上盖板3-3、下盖板3-4之间停止相对滑动；
当地震作用逐渐减小时，碟簧组合3-5被完全压平产生的强大恢复力大于摩擦力，随后摩擦力反向，T型中心板3-1、一字型中心板3-2被恢复力拉回到初始位置，同时带动偏转的削弱的钢筋混凝土梁1和钢筋混凝土柱2归位，从而实现节点自复位，此时需依据实际情况对削弱的钢筋混凝土梁1和自复位摩擦型连接件3进行检查，必要时进行适当更换和维修。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公认的现有技术，凡属于本发明的技术方案所引申出来的显而易见的变化或变动均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，包括削弱的钢筋混凝土梁(1)、钢筋混凝土柱(2)及自复位摩擦型连接件(3)；
所述削弱的钢筋混凝土梁(1)和钢筋混凝土柱(2)通过现浇连接，从削弱的钢筋混凝土梁(1)和钢筋混凝土柱(2)的接触界面开始，将削弱的钢筋混凝土梁(1)端的上下两侧局部削弱，形成两个削弱区域(1-1)，并在两个削弱区域(1-1)对称设置自复位摩擦型连接件(3)；
所述削弱的钢筋混凝土梁(1)设有两个截面：削弱截面(1-2)和非削弱截面(1-3)，在所述削弱截面(1-2)和非削弱截面(1-3)内布置纵向受力钢筋和箍筋，削弱截面(1-2)依据实际需求进行构造配筋或计算配筋，非削弱截面(1-3)进行计算配筋；
所述钢筋混凝土柱(2)内布置纵向受力钢筋和箍筋；
所述削弱的钢筋混凝土梁(1)和钢筋混凝土柱(2)均依据现行国家规范进行设计，先绑扎钢筋网，然后在削弱的钢筋混凝土梁(1)和钢筋混凝土柱(2)上预留贯通圆孔，最后浇筑混凝土制成；
所述自复位摩擦型连接件(3)包括：T型中心板(3-1)、一字型中心板(3-2)、上盖板(3-3)、下盖板(3-4)、碟簧组合(3-5)、长螺栓(3-6)和短螺栓(3-7)；
所述T型中心板(3-1)包括翼缘和腹板，所述T型中心板(3-1)翼缘上设有与削弱的钢筋混凝土梁(1)上预留贯通圆孔相对应的圆孔，所述腹板上设有锯齿状的凹槽并设有槽孔，
所述一字型中心板(3-2)的一侧为平滑侧，另一侧为凹槽侧，所述一字型中心板(3-2)平滑侧设有与钢筋混凝土柱(2)上预留贯通圆孔相对应的圆孔，凹槽侧的上下两面设有锯齿状的凹槽，并设有槽孔，
所述上盖板(3-3)和下盖板(3-4)上均设有与T型中心板(3-1)和一字型中心板(3-2)上槽孔相对应的圆孔，
所述T型中心板(3-1)和一字型中心板(3-2)夹在上盖板(3-3)和下盖板(3-4)之间并通过锯齿状的凹槽相互契合，
所述长螺栓(3-6)穿过T型中心板(3-1)翼缘上的圆孔和钢筋混凝土柱(2)上预留的贯通圆孔实现对拉连接，所述长螺栓(3-6)穿过一字型中心板(3-2)平滑侧的圆孔和削弱的钢筋混凝土梁(1)上预留的贯通圆孔实现对拉连接，
所述短螺栓(3-7)在自复位摩擦型连接件3的一侧将碟簧组合(3-5)、上盖板(3-3)上的圆孔、T型中心板(3-1)腹板上的槽孔、下盖板(3-4)上的圆孔和碟簧组合(3-5)依次连接，所述短螺栓(3-7)在自复位摩擦型连接件3的另一侧将碟簧组合(3-5)、上盖板(3-3)上的圆孔、一字型中心板(3-2)凹槽侧的槽孔、下盖板(3-4)上的圆孔和碟簧组合(3-5)依次连接，形成一个中间留有间隙的双作用连接件。
2.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述两个削弱区域(1-1)均为长方体，两个削弱区域(1-1)上下侧对称，所述削弱区域的削弱长度hl依据自复位摩擦型连接件(3)的设计长度取值，且介于削弱的钢筋混凝土梁(1)未削弱部分的梁高h和2倍梁高2h之间，削弱宽度hw为削弱的钢筋混凝土梁(1)的梁宽b，削弱深度hd依据自复位摩擦型连接件(3)的设计高度的1/2取值，且不大于削弱的钢筋混凝土梁(1)未削弱部分的1/4梁高h/4。
3.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述削弱的钢筋混凝土梁(1)和钢筋混凝土柱(2)为现浇整体式，具体参数设计根据现行国家规范和实际情况选取。
4.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述自复位摩擦型连接件(3)通过T型中心板(3-1)与钢筋混凝土柱(2)连接，通过一字型中心板(3-2)与削弱的钢筋混凝土梁(1)连接。
5.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述T型中心板(3-1)为T型，腹板和翼缘通过焊接连接，腹板部分设有凹槽且在凹槽处开有长的槽孔，翼缘两侧对称开有相同大小的圆孔。
6.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，一字型中心板(3-2)为一个整体，凹槽侧开有长的槽孔，平滑侧对称开有相同大小的圆孔。
7.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述T型中心板(3-1)、一字型中心板(3-2)、上盖板(3-3)和下盖板(3-4)采用碳素结构钢或低合金高强度结构钢，所述T型中心板3-1、一字型中心板3-2、上盖板3-3和下盖板3-4的厚度及凹槽角度需根据实际情况灵活选取，同时为了防止平面外屈曲，T型中心板3-1和一字型中心板3-2的厚度需大于上盖板3-3和下盖板3-4的厚度。
8.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述碟簧组合(3-5)依据实际需求选取合适的单片碟簧或碟簧垫圈参数并通过对合或叠合或组合的方式组成一个整体，使其在工作负荷范围内为弹性伸缩，为节点提供足够的变形能力和复位能力。
9.如权利要求1所述的摩擦型自复位现浇梁柱节点，其特征在于，所述长螺栓(3-6)和短螺栓(3-7)采用高强度摩擦型螺栓，需依据实际计算选择螺栓的参数，但直径不小于M20，不大于M30，使节点在动力荷载作用下性能更加稳定。
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