CN113585512A - 一种基于装配式的抗震节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于装配式的抗震节点结构，预制混凝土柱和预制混凝土梁通过钢结构框体连接。钢结构框体还包括第一钢结构框体、第二钢结构框体；预制混凝土柱的一侧安装有第一钢结构框体，预制混凝土梁的一端安装有第二钢结构框体；第一、第二钢结构框体通过塑性铰连接，且上、下面安装有吸能钢板。吸能钢板的螺栓安装位为长腰孔或带有限位结构的滑槽。本发明优点在于，采用塑性铰的形式设计抗震节点结构，结合滑动摩擦吸能结构，可有效减少梁、柱、节点等构件的损伤，梁、柱等构件的损伤程度为无损伤或轻微损伤，可实现损伤控制；进一步，增加了耗能途径，提升了整体抗震能力，还有效减少了塑性件变形量，在低载荷影响下保护节点结构。

Description

一种基于装配式的抗震节点结构

技术领域

本发明涉及抗震结构设计技术领域，尤其涉及一种基于装配式的抗震节点结构。

背景技术

现阶段，我国大力发展装配式结构，其具备较多优点，不仅施工速度较快，同时工厂化加工预制件，也有利于控制整体精度，减少施工场所环境污染，总体而言具备诸多优点。但同时也存在相应的一些问题，较为突出的问题是装配式结构的抗震性能。装配式混凝土结构中，最为薄弱的环节是节点区的拼接质量，其影响整体力学性能。常见的装配式混凝土结构的梁柱构件间，多采用梁柱预制，节点现浇的连接方式，以期达到“等同现浇”的目的。随着干式连接的做法和技术改进，如套筒灌浆连接、约束浆锚连接和后浇带连接等方式逐步成熟并大量应用。但是，历次震害均表明纯框架结构在地震作用下易出现“强梁弱柱”的层屈服机制。

为此，现阶段逐步产生了塑性连接的梁柱连接形式，主要是通过在梁柱连接处增设塑性结构，在较大的往复载荷的作用下通过材料塑性变形吸收震动能量，以保护主体结构不被破坏。

中国专利CN 112523343 A公开了一种装配式混凝土可更换梁柱节点连接结构，预制钢筋混凝土梁安装有梁端预埋件，预制钢筋混凝土柱安装有柱侧预埋件，连接板设有纵向端板和横向端板，连接板通过横向端板与柱侧预埋件螺栓连接，梁端预埋件包括横板和竖板，竖板上设有第一通孔，连接板上设有第二通孔，第一通孔与第二通孔的位置和孔径相适配，第一耗能连接件连接于第通孔和第二通孔之间，连接板通过纵向端板与横板用螺栓或第二耗能连接件连接。上述技术方案通过设计可更换梁柱节点连接结构，具备施工安装简单、节点区具有良好的延性，而且在地震荷载作用下能够有效的耗散能量，具有较高的抗震性，实现震后可更换等优点；但是，节点两端固定处在震动过程中，会受到切向载荷作用，从而产生混凝土浇筑区龟裂或脱落，且该结构在低载荷情况下由于整体结构刚度较大，吸能效果并不显著。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于装配式的抗震节点结构，能够解决上述问题。

为此目的，本发明由如下技术方案实施。

一种基于装配式的抗震节点结构，包括预制混凝土柱和预制混凝土梁；所述预制混凝土柱和所述预制混凝土梁通过钢结构框体连接；

所述钢结构框体还包括第一钢结构框体、第二钢结构框体；所述预制混凝土柱的一侧安装有所述第一钢结构框体，所述预制混凝土梁的一端安装有所述第二钢结构框体；所述第一、第二钢结构框体通过塑性铰连接；

所述塑性铰为机械铰结构，上、下面安装有吸能钢板，两个所述吸能钢板通过螺栓分别固定于两个所述钢结构框体的上、下端面，所述吸能钢板的螺栓安装位为长腰孔或带有限位结构的滑槽。

进一步，所述预制混凝土柱的末端伸出柱纵筋；所述第一钢结构框体通过节点加筋钢板分别转接上层预制混凝土柱和下层预制混凝土柱的柱纵筋；节点区域第一后浇区。

更进一步，所述预制混凝土梁的末端伸出梁纵筋；所述第二钢结构框体通过梁端加筋钢板连接所述预制混凝土梁的梁纵筋；连接区为第二后浇区。

更进一步，所述第一、第二后浇区混凝土为UHPC混凝土。

进一步，所述吸能钢板为平板状结构，中部区域为耗能区，且加工有条状通孔。

进一步，所述钢结构框体中设置有多个螺纹套管；所述螺纹套管与所述钢结构框体固定连接，且每个所述螺纹套管的上下两端分别对应一个长腰孔；所述吸能钢板的安装螺栓与所述螺纹套管相配合。

更进一步，所述吸能钢板的螺栓安装位为长腰孔；所述长腰孔上端面的边角处加工倒角结构；所述吸能钢板的安装螺栓与所述长腰孔之间还设置有垫块。

更进一步，所述垫块为方体结构，截面形状为倒置的梯形；所述垫块两侧的坡面与所述长腰孔的倒角结构相配合；所述垫块的中部设有通孔，所述安装螺栓穿过所述通孔与所述钢结构框架连接。

本发明具有如下优点：

本发明采用塑性铰的形式设计抗震节点结构，震动模拟显示，各层间变形更为均匀，具有良好的屈服机制，避免了薄弱层的产生；有效减少梁、柱、节点等构件的损伤，梁、柱等构件的损伤程度为无损伤或轻微损伤，可实现损伤控制。

进一步，通过吸能钢板滑动摩擦设计，并且增加了耗能途径，提升了整体抗震能力，并在低载荷影响下，有效减少了塑性件变形量，保护节点结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一个或几个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中节点结构立体图；

图2为本发明具体实施例中钢结构框架安装位立体图；

图3为本发明具体实施例中钢结构框架安装位俯视图；

图4为图3中A-A剖视图；

图5为本发明具体实施例中垫块立体图；

图6为本发明具体实施例中节点结构关系简图；

图7为本发明具体实施例中浇筑区示意图。

图中：

1-钢结构框体；2-节点加筋钢板；3-梁端加筋钢板；4-柱纵筋；5-梁纵筋；6-预制混凝土柱；7-第一后浇区；8-第二后浇区；9-预制混凝土梁；10-第三后浇区；101-吸能钢板；102-耗能区；103-第一钢结构框体；104-第二钢结构框体；105-叉状支座；106-销轴；107-轴支座；108-安装螺栓；109-螺纹套管；1081-垫片；1082-垫块。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的特征可以相互组合。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1-7，对本发明做进一步说明。

一种基于装配式的抗震节点结构，包括预制混凝土柱6和预制混凝土梁9；均在工厂中加工完成，通过箍筋对柱纵筋4或梁纵筋5进行捆扎，并浇筑混凝土形成，分别在柱或梁的两端伸出用于安装固定的纵筋。

预制混凝土柱6和预制混凝土梁9中间通过钢结构框体1连接。结合图2所示，钢结构框体1还包括第一钢结构框体103、第二钢结构框体104。第一钢结构框体103靠近预制混凝土柱6焊接有节点加筋钢板2，节点加筋钢板2为方型的框体结构，上下两端分别与上层预制混凝土柱和下层预制混凝土柱的柱纵筋4相连。该节点的连接区域作为第一后浇区7（图中虚线部）。第二钢结构框体104靠近预制混凝土梁9一端焊接有梁端加筋钢板3，梁端加筋钢板3与梁纵筋5连接，该连接区域作为第二后浇区8。为了进一步加强两段后浇区的结构强度，避免载荷作用下出现龟裂或块状脱落，第一、第二后浇区均采用UHPC混凝土（超高性能混凝土）。一方面，UHPC混凝土结构强度大，有利于结构稳定性，保护连接处；另一方面，两处后浇区所用UHPC混凝土体积较少，有利于控制了整体成本。

为了增强结构抗震能力，将第一、第二钢结构框体通过塑性铰连接。具体的是，如图2所示，塑性铰为机械铰结构，包括叉状支座105、销轴106、轴支座107。叉状支座105焊接于第一钢结构框体103的端面，轴支座107焊接于第二钢结构框体104的端面，中间通过串接于两支座的销轴106连接，这样形成了一个机械铰结构。塑性件选择吸能钢板101，并在机械铰的上下方均安装一个吸能钢板101。进一步，吸能钢板101进行了结构优化，在中部的耗能区102加工有并列的条状通孔。吸能钢板101的两端通过安装螺栓108与钢结构框体连接。结合图3所示，每一侧的安装位均设有四个安装螺栓108。优选的，为了增加连接结构强度，在钢结构框体中增设螺纹套管109，每个钢结构框体中对应设有四个螺纹套管109，分别对应四组安装螺栓108。这样设计一方面，可用于支撑钢结构框体，使其更加稳定，不易变形；另一方面，内置的螺纹孔用于提供安装螺栓108的安装位。

结合图3、4所示，本实施例中，设计安装螺栓108在吸能钢板101的安装位为长腰孔结构，首先，便于安装调整；其次，当震动载荷较低的情况下，通过吸能钢板101与钢结构框架摩擦滑动吸收能量，并减少了吸能钢板101的形变量，使其在设计疲劳强度不变的情况下延长使用寿命，也避免形变破坏该结构对应的后浇区。而长腰孔两端作为限位结构，可以保证在大载荷的情况下，吸能钢板101滑动至极限位置后可以正常发生塑性变形吸收震动能量。

优选的，结合图4、5所示，长腰孔的上端面的边角处加工为倒角结构。吸能钢板101的安装螺栓108与长腰孔之间还设置有垫块1082，具体的，垫块1082为方体结构，其截面形状为倒置的梯形，两侧的坡面与长腰孔的倒角结构相配合，并在垫块1082的中部设有通孔，安装螺栓108穿过通孔与螺纹套管109进行螺纹配合。还可在垫块1082与安装螺栓108之间安装垫片1081。这样设计，通过斜面分力有利于初始安装时对螺栓安装力矩进行较大的预加载，而不至于使用中螺栓断裂，一部分载荷由为长腰孔的变形承载，而且有效增加了摩擦面积，避免卡滞现象的发生。

工作原理

结合图6、7所示，当建筑受到地震水平载荷影响时，载荷使预制柱发生偏移，从而塑性铰沿销轴106处发生转动 ，当转动量较小的时候，吸能钢板101发生轻微弯折，内应力的作用下，吸能钢板101两端均受安装螺栓108的限制沿长腰孔长度方向滑动，通过与钢结构框体、垫块1082摩擦吸收震动能量，减少了吸能钢板101的形变量。经过长期实验表明，下部吸能钢板101在受力弯折的情况下，受安装位置影响，不会向内弯折，而是如图6中所示，向外弯折形成“鼓包”，故在第三后浇区10处出现严重的碎裂现象，而本实施例中，通过吸能钢板101滑动，可显著减少形变量，且摩擦吸能，可有效减少第三后浇区10破坏程度。

进一步，当震动幅度增加，安装螺栓108滑动至长腰孔末端，吸能钢板101承担梁端弯矩，发生塑性变形后耗能，以保护梁柱节点结构安全。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于装配式的抗震节点结构，包括预制混凝土柱和预制混凝土梁；所述预制混凝土柱和所述预制混凝土梁通过钢结构框体连接；

其特征在于，所述钢结构框体还包括第一钢结构框体、第二钢结构框体；所述预制混凝土柱的一侧安装有所述第一钢结构框体，所述预制混凝土梁的一端安装有所述第二钢结构框体；所述第一、第二钢结构框体通过塑性铰连接；

所述塑性铰为机械铰结构，上、下面安装有吸能钢板，两个所述吸能钢板通过螺栓分别固定于两个所述钢结构框体的上、下端面，所述吸能钢板的螺栓安装位为长腰孔或带有限位结构的滑槽。

2.根据权利要求1所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述预制混凝土柱的末端伸出柱纵筋；所述第一钢结构框体通过节点加筋钢板分别转接上层预制混凝土柱和下层预制混凝土柱的柱纵筋；节点区域第一后浇区。

3.根据权利要求1或2所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述预制混凝土梁的末端伸出梁纵筋；所述第二钢结构框体通过梁端加筋钢板连接所述预制混凝土梁的梁纵筋；连接区为第二后浇区。

4.根据权利要求3所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述第一、第二后浇区混凝土为UHPC混凝土。

5.根据权利要求1所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述吸能钢板为平板状结构，中部区域为耗能区，且加工有条状通孔。

6.根据权利要求1所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述钢结构框体中设置有多个螺纹套管；所述螺纹套管与所述钢结构框体固定连接，且每个所述螺纹套管的上下两端分别对应一个长腰孔；所述吸能钢板的安装螺栓与所述螺纹套管相配合。

7.根据权利要求1或6所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述吸能钢板的螺栓安装位为长腰孔；所述长腰孔上端面的边角处加工倒角结构；所述吸能钢板的安装螺栓与所述长腰孔之间还设置有垫块。

8.根据权利要求7所述的基于装配式的抗震节点结构，其特征在于，所述垫块为方体结构，截面形状为倒置的梯形；所述垫块两侧的坡面与所述长腰孔的倒角结构相配合；所述垫块的中部设有通孔，所述安装螺栓穿过所述通孔与所述钢结构框架连接。

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