CN114086807A - 一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及预制装配式建筑结构构件技术领域，具体涉及一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，包括预制混凝土柱和预制混凝土梁，上下相邻两预制混凝土柱之间经现场灌浆的节点核心区相连接，所述节点核心区的外侧焊接有核心区型钢，所述预制混凝土梁的端部预埋有预制梁型钢，所述预制梁型钢经可更换梁柱连接节点与核心区型钢相连接。该装配式混凝土框架结构体系具有实现装配式建筑结构功能可恢复的性能，有利于装配式混凝土建筑结构的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及预制装配式建筑结构构件技术领域，具体涉及一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系。
背景技术
装配式建筑结构具有构件工厂预制、标准化生产、保证工程质量、提高生产效率、降低人力成本、节能环保，减少污染等优点，是绿色建筑及建筑工业化领域的重点发展方向。
装配式钢筋混凝土结构有诸多优点，但已有震害研究调查表明，连接节点作为装配式混凝土结构的薄弱环节，在地震作用下结构的破坏往往由于梁柱连接节点失效引起。因此，梁柱连接节点的力学性能对装配式钢筋混凝土结构的整体性和抗震性能影响较大，直接关系到施工经济性与整体结构的安全性。
为优化装配式混凝土梁柱连接节点及框架结构体系的抗震性能，本发明公开了一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，该装配式混凝土框架结构体系具有实现装配式建筑结构功能可恢复的性能，有利于装配式混凝土建筑结构的推广应用。
本发明的技术方案在于：一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，包括预制混凝土柱和预制混凝土梁，上下相邻两预制混凝土柱之间经现场灌浆进行拼接的节点核心区相连接，所述节点核心区的外侧焊接有核心区型钢，所述预制混凝土梁的端部预埋有预制梁型钢，所述预制梁型钢经可更换梁柱连接节点与核心区型钢相连接。
进一步地，所述节点核心区包括钢套筒，所述钢套筒的外侧壁焊接有核心区型钢，钢套筒的上下部分别安装有内隔板，所述内隔板上预留有钢筋孔洞，位于上侧的预制混凝土柱的下端预埋有灌浆套筒，位于下侧的预制混凝土柱的上端具有预留钢筋，所述预留钢筋穿过钢筋孔洞和灌浆套筒相连接并经现场灌浆连接成整体。
进一步地，所述核心区型钢的外侧端焊接有带螺栓孔的端板。
进一步地，所述预制梁型钢的端部焊接有带螺栓孔的端板，所述预制混凝土梁靠近可更换梁柱连接节点的梁端部纵筋与预制梁型钢预埋在预制混凝土梁内的端部焊接。
进一步地，所述可更换梁柱连接节点包括位于上、下侧的可更换削弱型约束钢板阻尼器，位于两可更换削弱型约束钢板阻尼器之间设置有销轴连接件，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器与销轴连接件的两端部均焊接有带螺栓孔的端板。
进一步地，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器由钢质阻尼器连接件和约束套筒组成，所述钢质阻尼器连接件在中间开孔削弱，且两端设置有与对应的端板相连接的加劲肋；所述约束套筒包括设置于削弱型钢质连接件外侧并围成矩形的4块约束钢板，位于上下两侧的约束钢板上焊接有加劲肋。
进一步地，所述销轴连接件由3块带圆孔的型钢和销轴构成，型钢焊接于对应的端板。
进一步地，所述预制混凝土梁经预埋于预制梁型钢端部带螺栓孔的端板与设置于可更换梁柱连接节点靠近梁端的端板通过高强螺栓进行连接；可更换梁柱连接节点经设置于靠近柱端的带螺栓孔端板与安装于核心区型钢的带螺栓孔的端板通过高强螺栓进行连接。
进一步地，同一层的结构体系通过预制混凝土梁和可更换梁柱连接节点相互连接形成一个整体。
进一步地，不同层的结构体系通过上一层预制混凝土柱下端预埋的灌浆套筒、下一层预制混凝土柱上端的预留钢筋及节点核心区相互连接形成一个整体。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
该结构体系具备以下特点：
（1）除节点核心区的灌浆外，其余全部采用现场拼接，满足了装配式混凝土建筑结构施工工艺需求，可实现装配式结构构件批量化生产，极大提高了结构的生产效率和施工速度，减少现场焊接作业，改善节点焊接连接受力不合理的缺点。结构体系在小震作用下处于弹性状态，上下可更换削弱型约束钢板阻尼器传递弯矩，销轴连接件传递剪力；中震或大震作用下，可更换梁柱连接节点中的钢质阻尼器连接件先屈服产生塑性变形，梁柱连接节点可绕销轴转动，变形和耗能集中在钢质阻尼器连接件，保证结构的塑性损伤发生在梁柱连接节点处，远离结构核心区域及梁端，可提高其抗震性能。可更换梁柱连接节点通过高强螺栓与预制梁、柱进行连接，有效避免现场二次浇筑问题，且该节点具有震后可更换性，可实现震损结构震可恢复功能的需求。
（2）节点核心区设置钢套筒，在钢套筒上、下部设置内隔板，使节点在核心区水平向传力连续，其等同于普通节点穿越核心区的梁纵向钢筋，可减小节点核心区的钢筋布置，有利于灌浆连接进行。
（3）可更换梁柱连接节点由上、下可更换削弱型约束钢板阻尼器和销轴连接件组成，销轴连接件和钢质阻尼器连接件端部焊接带螺栓孔端板的型钢，有利于现场拼装与拆卸更换。采用销轴连接可保证节点处的弯矩由可更换削弱型约束钢板阻尼器承担，销轴仅承担剪力，传力路径明确；变形发生时梁柱连接节点可绕销轴进行转动，保证其变形能力。
（4）可更换削弱型约束钢板阻尼器由钢质阻尼器连接件和约束套筒组成，钢质阻尼器连接件在中间采取开孔削弱的方式可保证阻尼器中的削弱钢板先屈服，变形耗能集中在阻尼器中的削弱钢板处，震后通过更换损伤的钢质阻尼连接件即可恢复结构原有使用功能，提高结构的震后可修复性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的上下柱连接及梁柱连接示意图；
图3为本发明的节点核心区钢套筒示意图；
图4为本发明的端部带型钢的预制混凝土梁示意图；
图5为本发明的可更换梁柱连接节点构造图；
图6a为本发明的可更换削弱型约束钢板阻尼器示意图一；
图6b为本发明的可更换削弱型约束钢板阻尼器示意图二；
图7为本发明的销轴连接示意图；
图中：10、预制混凝土柱；11、预制上柱；12、预制下柱；20、预制混凝土梁；21、预制梁型钢；22、端板；30、节点核心区；31、核心区型钢；32、钢套筒；33、内隔板；34、预留钢筋；35、端板；40、可更换梁柱连接节点；41、可更换削弱型约束钢板阻尼器；411、钢质阻尼器连接件；412、约束套筒；413、加劲肋；414、约束钢板；415、加劲肋；42、销轴连接件；421、第一型钢；422、第二型钢；423、销轴；43、端板。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图7
如图1和图2所示，一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，包括预制混凝土柱10和预制混凝土梁20，上下相邻两预制混凝土柱之间经现场灌浆的节点核心区30相连接，所述节点核心区的外侧焊接有核心区型钢31，所述预制混凝土梁的端部预埋有预制梁型钢21，所述预制梁型钢经可更换梁柱连接节点40与核心区型钢相连接，从而实现预制混凝土柱与所述预制混凝土梁通过节点核心区和可更换梁柱连接节点连接。
本实施例中，同一层的结构体系通过预制混凝土梁和可更换梁柱连接节点相互连接形成一个整体。
本实施例中，如图2、图3所示，所述节点核心区包括钢套筒32，所述钢套筒的外侧壁焊接有核心区型钢31，所述核心区型钢的外侧端焊接有带螺栓孔的端板35。钢套筒的上下部分别安装有内隔板33，所述内隔板上预留有钢筋孔洞，位于上侧的预制混凝土柱的下端预埋有灌浆套筒，位于下侧的预制混凝土柱的上端具有预留钢筋34，所述预留钢筋在装配时穿过钢筋孔洞和灌浆套筒相连接并经现场灌浆连接成整体。
通过钢套筒上、下部设置内隔板使节点在核心区水平向传力连续，其等同于普通节点穿越核心区的梁纵向钢筋，从而实现不同层的结构体系通过上预制上柱11下端预埋的灌浆套筒、预制下柱12上端的预留钢筋及节点核心区采用现场灌浆相互连接形成一个整体。
本实施例中，所述混凝土预制上柱、混凝土预制下柱为工厂预制。
本实施例中，如图4所示，所述预制梁型钢的端部焊接有带螺栓孔的端板22，所述预制混凝土梁靠近可更换梁柱连接节点的梁端部纵筋与预制梁型钢预埋在预制混凝土梁内的端部焊接。
本实施例中，如图5所示，所述可更换梁柱连接节点包括位于上、下侧的可更换削弱型约束钢板阻尼器41，位于两可更换削弱型约束钢板阻尼器之间设置有销轴连接件42，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器与销轴连接件的两端部均焊接有带螺栓孔的端板43。
本实施例中，如图6a、6b所示，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器由钢质阻尼器连接件411和约束套筒412组成，所述钢质阻尼器连接件在中间开孔削弱，且两端设置有与对应的端板相连接的加劲肋413，可提高其面外刚度，避免钢板屈曲先于屈服发生。
本实施例中，所述约束套筒包括设置于削弱型钢质连接件外侧并围成矩形的4块约束钢板414，位于上下的约束钢板上焊接有加劲肋415。从而约束钢质阻尼器连接件，防止其发生面外屈曲。
本实施例中，如图7所示，所述销轴连接件包括2块相平行并焊接于一端板上且带圆孔的第一型钢421、一块焊接于另一端板上且带圆孔的第二型钢422，所述第二型钢伸入第一型钢之间形成的空隙内，并经穿过第二型钢和第一型钢上圆孔的销轴423实现连接，从而在荷载作用下承担剪力并传递荷载，变形发生时梁柱连接节点可绕销轴进行转动，保证其变形能力。
本实施例中，所述第二型钢和第一型钢与端板43之间分别焊接有加劲肋413，可提高其面外刚度，避免钢板屈曲先于屈服发生。两第一型钢之间还间隔设置有加强杆以提高面外刚度。
本实施例中，如图2所示，所述预制混凝土梁经预埋于预制梁型钢端部带螺栓孔的端板22与设置于可更换梁柱连接节点靠近梁端的带螺栓孔端板43通过高强螺栓进行连接；可更换梁柱连接节点经设置于靠近柱端的带螺栓孔端板43与安装于核心区型钢的带螺栓孔的端板35通过高强螺栓进行连接。
本实施例中，预制下柱的钢筋穿过节点核心区预留贯穿孔并灌浆连接达到强度后，再与预制上柱通过灌浆套筒连接，通过高强螺栓完成可更换梁柱连接节点与预制梁、柱构件的拼接，且可更换梁柱连接节点的销轴连接件和钢质阻尼器连接件可独立拼装。
本发明主要的力学性能特点为可更换削弱型约束钢板阻尼器在地震作用下率先发生屈服，产生塑性变形并耗散能量，约束套筒可避免钢质阻尼器连接件发生屈曲而导致其力学性能下降；上下翼缘可更换削弱型约束钢板阻尼器的产生的轴力抵抗地震作用下梁柱连接节点处产生的弯矩，而地震作用下产生的剪力则由销轴连接件承担。此外，梁柱连接节点在地震作用下产生明显塑性后，节点可绕销轴连接件发生转动，具有良好的变形能力和转动能力。
在完成上述实施过程后，应能体现出本发明以下特点：
除节点核心区的灌浆外，其余部件全部采用现场拼接。拼装时，预制下柱的钢筋穿过节点核心区预留贯穿孔并灌浆连接达到强度后，再与预制上柱通过灌浆套筒连接；通过高强螺栓完成可更换梁柱连接节点各组成部件间的连接及节点与预制梁、柱构件的拼接，改善节点焊接连接受力不合理的缺点，实现装配式混凝土结构构件批量化生产。结构在小震作用下处于弹性状态，上下可更换削弱型约束钢板阻尼器传递弯矩，销轴连接件传递剪力；中震或大震作用下，可更换梁柱连接节点阻尼器中的削弱钢板先屈服，产生塑性变形，随后可更换耗能塑性铰可绕销轴转动，变形耗能集中在阻尼器中的削弱钢板处，结构的塑性损伤发生在可更换梁柱连接节点，远离结构核心区域及梁端，实现塑性铰外移和损伤、耗能可控。可更换梁柱连接节点的销轴连接件和钢质阻尼器连接件可独立拼装，有利于震损后削弱型约束钢板阻尼器的可更换性，实现结构震损后可恢复功能的向性能目标。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，包括预制混凝土柱和预制混凝土梁，其特征在于，上下相邻两预制混凝土柱之间经现场灌浆的节点核心区相连接，所述节点核心区的外侧焊接有核心区型钢，所述预制混凝土梁的端部预埋有预制梁型钢，所述预制梁型钢经可更换梁柱连接节点与核心区型钢相连接。
2.根据权利要求1所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述节点核心区包括钢套筒，所述钢套筒的外侧壁焊接有核心区型钢，钢套筒的上下部分别安装有内隔板，所述内隔板上预留有钢筋孔洞，位于上侧的预制混凝土柱的下端预埋有灌浆套筒，位于下侧的预制混凝土柱的上端具有预留钢筋，所述预留钢筋穿过钢筋孔洞和灌浆套筒相连接并经现场灌浆连接成整体。
3.根据权利要求1或2所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述核心区型钢的外侧端焊接有带螺栓孔的端板。
4.根据权利要求1所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述预制梁型钢的端部焊接有带螺栓孔的端板，所述预制混凝土梁靠近可更换梁柱连接节点的梁端部纵筋与预制梁型钢预埋在预制混凝土梁内的端部焊接。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述可更换梁柱连接节点包括位于上、下侧的可更换削弱型约束钢板阻尼器，位于两可更换削弱型约束钢板阻尼器之间设置有销轴连接件，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器与销轴连接件的两端部均焊接有带螺栓孔的端板。
6.根据权利要求5所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述可更换削弱型约束钢板阻尼器由钢质阻尼器连接件和约束套筒组成，所述钢质阻尼器连接件在中间开孔削弱，且两端设置有与对应的端板相连接的加劲肋；所述约束套筒包括设置于削弱型钢质连接件外侧并围成矩形的4块约束钢板，位于上下两侧的约束钢板上焊接有加劲肋。
7.根据权利要求5所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述销轴连接件由4块带圆孔的型钢和销轴构成，型钢焊接于对应的端板。
8.根据权利要求1所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，所述预制混凝土梁经预埋于预制梁型钢端部带螺栓孔的端板与设置于可更换梁柱连接节点靠近梁端的端板通过高强螺栓进行连接；可更换梁柱连接节点经设置于靠近柱端的带螺栓孔端板与安装于核心区型钢的带螺栓孔的端板通过高强螺栓进行连接。
9.根据权利要求1、2、6、7或8所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，同一层的结构体系通过预制混凝土梁和可更换梁柱连接节点相互连接形成一个整体。
10.根据权利要求1、2、6、7或8所述的一种带可更换梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构体系，其特征在于，不同层的结构体系通过上一层预制混凝土柱下端预埋的灌浆套筒、下一层预制混凝土柱上端的预留钢筋及节点核心区相互连接形成一个整体。
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2021
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