CN114482272A - 一种耗能减震型装配式梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耗能减震型装配式梁柱节点，预制柱和预制梁相连接，二者之间设置摩擦耗能组件；摩擦耗能组件包括齿轮臂与齿轮复合件，预制柱和预制梁至少其中之一上安装齿轮复合件，齿轮复合件与齿条啮合，齿条设置在齿轮臂上；齿轮臂上设置限位槽，限位槽内设置位置固定的限位销栓；其金属耗能组件通过梁柱节点变形，挤压金属耗能片实现能量耗散，其还能够达到将摩擦耗能和金属耗能相结合的复合耗能效益，耗散地震能量，保护构件本身不被破坏，且在震后能够恢复其复合耗能性能；其还可以结合预应力组件施加预应力实现自复位能力，可以通过橡胶隔震垫起到隔离地震作用。

Description

一种耗能减震型装配式梁柱节点

技术领域

本发明属于装配式节点技术领域，具体涉及一种耗能减震型装配式梁柱节点。

背景技术

现有的装配式混凝土梁柱节点的连接方式分为湿连接和干连接，湿连接是通过后浇混凝土的方式将各构件连接成整体，而干连接则是采用预埋件、预应力、螺栓或焊接等方式将预制构件连接成整体。其中干连接也可以采用企口连接，即将缺口梁与带牛腿的柱直接拼接组成，为了加强其连接部位的承载能力，一般采用预埋钢板焊接成型、内置型钢等方式进行加强。但在水平力作用下，该节点的抗侧能力较差，在地震作用下可能出现连接部位失效，从而造成巨大损失，直接危及建筑物的整体安全性。

装配式梁柱节点由于其采用预制构件拼接形成，很难达到现浇构件的整体稳定性，为解决上述问题，通常采用多种方式加强其节点的刚度，从而保证在地震作用下不至于发生严重破坏。但片面的增强节点刚度不仅会使该区域承受更大的地震能量，并且很大程度上增加了工程造价。

2018年11月6日公开了名称为“一种装配式复合耗能梁柱节点”的实用新型专利(公告号为：CN 208056324 U)。该专利方案主要包括了框架梁、框架柱和铅黏弹性阻尼器，在可能出现塑性铰的区域安装转动铰接节点，实现“强柱弱梁”的延性设计要求，随框架梁发生转动，带动铅黏弹性阻尼器分担地震能量，从而有效减轻和调整梁柱节点在地震中的反应。该技术方案的缺陷在于转动铰接节点的设置，使得梁柱节点之间的连接形式完全转变为铰接，其竖向抗力主要是通过铅黏弹性阻尼器抵抗，缺少第二道防线，一旦损伤将危及结构的整体安全。

2020年11月27日公开了名称为“一种耗能梁柱节点”的实用新型专利(公告号为：CN 212126626 U)。该专利方案主要包括钢柱、钢梁、角钢和多个螺栓，在钢梁上下翼缘位置通过角钢和螺栓与钢柱连接，在地震作用下，梁柱节点通过角钢变形和螺栓摩擦耗散地震能量，减小钢结构残余变形。该技术方案的缺陷在于钢板变形耗能和摩擦耗能机制难以实现，角钢刚度过大金属变形由钢梁自身耗散，角钢刚度过小不利于节点连接，无法实现“强节点弱构件”的设计目标。

发明内容

本发明提供了一种耗能减震型装配式梁柱节点，目的在于针对现有技术所存在的上述问题和缺陷，基于隔震、减震的设计构思，实现隔离地震力并增加结构阻尼，从而达到较好的应用效果，其中减震效果主要通过金属耗能与摩擦耗能实现。

本发明具体包括如下方案：

一种耗能减震型装配式梁柱节点，包括竖向的预制柱和横向的预制梁，所述预制柱和所述预制梁相连接，二者之间设置摩擦耗能组件；所述摩擦耗能组件包括齿轮臂与齿轮复合件，所述预制柱和所述预制梁至少其中之一上安装齿轮复合件，所述齿轮复合件与所述齿条啮合，所述齿条设置在所述齿轮臂上；所述齿轮臂上设置限位槽，所述限位槽内设置位置固定的限位销栓。

可以进一步，所述齿轮复合件的侧面与位置固定的摩擦片的侧面接触。

可以进一步，所述限位销栓、所述摩擦片与所述齿轮复合件均安装在所述预制柱或所述预制梁上。

可以进一步，所述齿轮复合件的齿轮轴与所述限位销栓之间连接有限位杆。

可以进一步，所述限位杆的两端分别设置环状套结构，所述环状套结构分别套设在所述齿轮轴和所述限位销栓上。

可以进一步，所述齿轮复合件通过所述齿轮轴安装在所述预制柱上；所述摩擦片的数量为两个，分别固定在所述预制柱和所述齿轮复合件的侧面上，两个所述摩擦片接触；所述预制柱上设置有位于所述齿轮轴中轴线的销栓预留孔，所述限位槽开设在所述齿轮臂上且位于所述齿轮复合件下方，所述限位槽为通孔槽，所述限位销栓穿过所述限位槽、并插入嵌套在所述销栓预留孔内；所述预制梁上设置连接预留孔，所述连接预留孔内插入连接销栓，所述齿轮臂的另一端设置连接孔，所述连接销栓穿过所述连接孔。

可以进一步，所述耗能减震型装配式梁柱节点还包括金属耗能组件，所述金属耗能组件包括预埋钢板、锚钉和金属耗能片，所述预制柱和所述预制梁上分别通过所述锚钉连接有所述预埋钢板，二者连接的所述预埋钢板相邻的侧面上均设置有凹槽状的槽道，所述金属耗能片的相对侧边分别插入到两侧所述预埋钢板的所述槽道内。

可以进一步，所述金属耗能片上设置镂空孔。

可以进一步，所述预制柱和所述预制梁的拼接处预留有钢绞线预留孔，所述钢绞线预留孔内插入有预应力钢绞线，所述预应力钢绞线的一端通过锚具锚固在所述预制柱上；所述锚具与所述预制柱之间设置弹性垫圈。

可以进一步，所述预制柱和所述预制梁的拼接处设置橡胶隔震垫，所述橡胶隔震垫的大小尺寸与所述拼接处区域的大小尺寸一致。

本发明的有益效果是：

本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，至少具有如下优势：

1、本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，可以采用预制柱、预制梁配合金属耗能组件和摩擦耗能组件的干式连接方法构成；其材料性能优良，能够为节点提供有效的支承力。

2、本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，可以通过使用预应力钢绞线，有效抵抗水平侧向力作用，为节点本身提供自复位能力。

3、本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，可以通过橡胶隔震垫，起到隔离水平地震的作用，并且避免了较大荷载作用下的混凝土局部损伤。

4、本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，其金属耗能组件通过梁柱节点变形，挤压金属耗能片实现能量耗散；并且，其金属耗能组件和摩擦耗能组件增大了梁柱节点的阻尼，通过复合耗能的设计构思，将本应产生在节点部位的损伤转变为金属变形和摩擦损耗，能够达到将摩擦耗能和金属耗能相结合的复合耗能效益，耗散地震能量，保护构件本身不被破坏，且在震后能够恢复其复合耗能性能，从而达到抵抗地震作用的目的；同时能够减轻牛腿受力，优化传力机制；并且，变形结束后，工程人员可以通过更换金属耗能片、复位齿轮臂，从而恢复其梁柱节点的复合耗能性能；其还其还可以结合预应力组件施加预应力实现自复位能力。

5、本发明的耗能减震型装配式梁柱节点，整个梁柱节点连接方案对预制柱、预制梁的截面损伤很小，工艺简单、操作方便，有利于施工现场快速装配。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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是本发明的耗能减震型装配式梁柱节点的主视构造示意图；

图2是预制梁的主视图；

图3是预制梁的左视图；

图4是预制梁的俯视图；

图5是预制柱的主视图；

图6是预制柱的左视图；

图7是预制柱的俯视图；

图8是摩擦耗能组件结构示意图；

图9是齿轮复合件的主视图；

图10是齿轮复合件和摩擦片的左视图；

图11是限位杆结构示意图；

图12是预埋钢板主视图；

图13是预埋钢板左视图；

图14是预埋钢板俯视图；

图15是金属耗能片的主视图；

图16是金属耗能片的左视图；

图17是金属耗能片的俯视图。

图中，1为预制柱，2为预制梁，3为钢绞线预留孔，4为预应力钢绞线，5为橡胶隔震垫，6为弹性垫圈，7为锚具，8为锚钉，9为预埋钢板，901为槽道，10为金属耗能片，101为镂空孔，11为销栓预留孔，111为连接预留孔，12为限位销栓，121为连接销栓，13为齿轮臂，14为限位槽，15为齿轮复合件，151为齿轮轴，16为摩擦片，17为限位杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

实施例

参照图1，一种耗能减震型装配式梁柱节点；参照图2至图7，包括竖向的预制柱1和横向的预制梁2，预制柱1和预制梁2相连接；参照图8，二者之间设置摩擦耗能组件，摩擦耗能组件包括齿轮臂13与齿轮复合件15；参照图9，预制柱1和预制梁2至少其中之一上安装齿轮复合件15，齿轮复合件15与齿条啮合，齿条设置在齿轮臂13上；齿轮臂13上设置限位槽14，限位槽14内设置位置固定的限位销栓12。即通过设置摩擦耗能组件，使齿轮臂13和齿轮复合件15有效啮合，当预制梁2产生竖向变形时，齿轮臂13带动齿轮复合件15转动，实现摩擦耗能。

参照图10，在一些实施例中，齿轮复合件15的侧面与位置固定的摩擦片16的侧面接触。

参照图1，在一些实施例中，限位销栓12、摩擦片16与齿轮复合件15均安装在预制柱1或预制梁2上。

参照图11，在一些实施例中，齿轮复合件15的齿轮轴151与限位销栓12之间连接有限位杆17。限位杆17避免齿轮复合件15和限位销栓12在构件变形过程中发生错位。

在一些实施例中，限位杆17的两端分别设置环状套结构，环状套结构分别套设在齿轮轴151和限位销栓12上。

参照图1，在一些实施例中，齿轮复合件15通过齿轮轴151安装在预制柱1上；摩擦片16的数量为两个，分别固定在预制柱1和齿轮复合件15的侧面上，两个摩擦片16紧密接触；预制柱1上设置有位于齿轮轴151中轴线的销栓预留孔11，限位槽14开设在齿轮臂13上且位于齿轮复合件15下方，限位槽14为通孔槽，限位销栓12穿过限位槽14、并插入嵌套在销栓预留孔11内；预制梁2上设置连接预留孔111，连接预留孔111内插入连接销栓121，齿轮臂13的另一端设置连接孔，连接销栓121穿过连接孔。即通过设置摩擦耗能组件，使齿轮臂13和齿轮复合件15有效啮合时，还通过限位杆12和限位槽14避免位移错位，当预制梁2产生竖向变形时，齿轮臂13带动齿轮复合件15转动，且齿轮复合件15上、及预制柱1一侧上固定的两个摩擦片16相互摩擦，实现摩擦耗能。

其中，摩擦耗能组件可以设置在预制柱1与预制梁2连接部位下侧。齿轮复合件15由齿轮15和一个摩擦片16组成，二者可以粘接、或螺栓连接、或焊接。当预制梁2受到荷载作用产生竖向变形时，齿轮臂13带动齿轮复合件15转动，与固定连接在预制柱1一侧的摩擦片16相互摩擦，从而实现摩擦耗能。

参照图12至图14，在一些实施例中，耗能减震型装配式梁柱节点还包括金属耗能组件，金属耗能组件包括预埋钢板9、锚钉8和金属耗能片10，预制柱1和预制梁2上分别通过锚钉8连接有预埋钢板9，二者连接的预埋钢板9相邻的侧面上均设置有凹槽状的槽道901，金属耗能片10的相对侧边分别插入到两侧预埋钢板9的槽道901内。即通过设置金属耗能组件，当预制梁2产生竖向变形时，预埋钢板9挤压金属耗能片10，实现金属耗能。且在变形结束后，工程人员可通过更换金属耗能片10、复位齿轮臂13，从而恢复其梁柱节点的复合耗能性能。

其中，每个预埋钢板9上槽道901的数量可以为至少两个，且由上至下均匀分布。则金属耗能片10的数量与每个预埋钢板9上槽道901数量相等。金属耗能片10为可更换的耗能钢片。

参照图15至图17，在一些实施例中，金属耗能片10上设置镂空孔101。镂空孔101可以为至少两个均匀布置的椭圆形通孔。金属耗能组件设置在预制柱1牛腿与预制梁2缺口对接位置。预埋钢板9表面设置至少两个均匀布置的槽道901，槽道901宽度与金属耗能片10厚度相同。当预制梁2受到荷载作用产生竖向变形时，预埋钢板9挤压金属耗能片10，从而实现金属耗能。

参照图1，在一些实施例中，预制柱1和预制梁2的拼接处预留有钢绞线预留孔3，钢绞线预留孔3内插入有预应力钢绞线4，预应力钢绞线4的一端通过锚具7锚固在预制柱1上；锚具7与预制柱1之间设置弹性垫圈6，避免对混凝土的局部损伤。即锚固端可以设置在预制柱1侧。也即通过在预制柱1和预制梁2中预留孔道作为钢绞线预留孔3，通过设备张拉预应力钢绞线4施加预应力。通过施加预应力一方面提高了预制梁2的水平稳定性，同时为梁柱节点赋予了自复位能力。

参照图1，在一些实施例中，预制柱1和预制梁2的拼接处设置橡胶隔震垫5，橡胶隔震垫5的大小尺寸与拼接处区域的大小尺寸一致。即通过在预制柱1和预制梁2的拼接位置放置橡胶隔震垫5，从而隔离水平地震力。橡胶隔震垫5的大小尺寸与拼接处区域的大小尺寸一致，在竖向荷载作用下橡胶隔震垫5为预制柱1牛腿位置提供“软接触”，避免了混凝土的损伤。由于该预制柱1牛腿与预制梁2缺口对接位置存在间隙，其变形时类似于铰接，从而金属耗能组件和摩擦耗能组件进一步增大了金属耗能和摩擦耗能的能力。在变形结束后，由于橡胶隔震垫5、金属耗能组件、摩擦耗能组件的共同作用，在很大程度上保证了构件本身避免被破坏，工程人员可通过更换金属耗能片10、复位齿轮臂13，从而恢复其梁柱节点的复合耗能性能。

另外可以具体的，弹性垫圈6可以为橡胶垫圈。预埋钢板9可以为矩形钢板，两个预埋钢板9可以相互平行，且二者可以均为竖直板。金属耗能片10可以为水平横向的矩形片。多个金属耗能片10相互平行。齿轮臂13可以为部分圆环板，例如为四分之一圆环板。齿轮臂13可以向下凸起弯曲。限位槽14可以为部分圆弧槽，限位槽14的侧面可以与相邻的齿轮臂13的侧面平行。摩擦片16可以为圆形。摩擦片16的直径可以与齿轮的直径相等。限位杆17两端可以为半圆环形，中部可以为直杆。

上述实施例的耗能减震型装配式梁柱节点，，可适用于装配式混凝土梁柱节点的企口连接，建造形式上采用预制柱1、预制梁2配合金属耗能组件和摩擦耗能组件的干式连接方法，相关结构构件和零部件可提前预制，其整体构造简单合理，便于现场施工、安装。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种耗能减震型装配式梁柱节点，包括竖向的预制柱和横向的预制梁，所述预制柱和所述预制梁相连接，其特征在于，二者之间设置摩擦耗能组件；所述摩擦耗能组件包括齿轮臂与齿轮复合件，所述预制柱和所述预制梁至少其中之一上安装齿轮复合件，所述齿轮复合件与所述齿条啮合，所述齿条设置在所述齿轮臂上；所述齿轮臂上设置限位槽，所述限位槽内设置位置固定的限位销栓。

2.如权利要求1所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述齿轮复合件的侧面与位置固定的摩擦片的侧面接触。

3.如权利要求2所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述限位销栓、所述摩擦片与所述齿轮复合件均安装在所述预制柱或所述预制梁上。

4.如权利要求1所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述齿轮复合件的齿轮轴与所述限位销栓之间连接有限位杆。

5.如权利要求4所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述限位杆的两端分别设置环状套结构，所述环状套结构分别套设在所述齿轮轴和所述限位销栓上。

6.如权利要求5所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述齿轮复合件通过所述齿轮轴安装在所述预制柱上；所述摩擦片的数量为两个，分别固定在所述预制柱和所述齿轮复合件的侧面上，两个所述摩擦片接触；所述预制柱上设置有位于所述齿轮轴中轴线的销栓预留孔，所述限位槽开设在所述齿轮臂上且位于所述齿轮复合件下方，所述限位槽为通孔槽，所述限位销栓穿过所述限位槽、并插入嵌套在所述销栓预留孔内；所述预制梁上设置连接预留孔，所述连接预留孔内插入连接销栓，所述齿轮臂的另一端设置连接孔，所述连接销栓穿过所述连接孔。

7.如权利要求1-6中任一项所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述耗能减震型装配式梁柱节点还包括金属耗能组件，所述金属耗能组件包括预埋钢板、锚钉和金属耗能片，所述预制柱和所述预制梁上分别通过所述锚钉连接有所述预埋钢板，二者连接的所述预埋钢板相邻的侧面上均设置有凹槽状的槽道，所述金属耗能片的相对侧边分别插入到两侧所述预埋钢板的所述槽道内。

8.如权利要求7所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述金属耗能片上设置镂空孔。

9.如权利要求1-6中任一项所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制柱和所述预制梁的拼接处预留有钢绞线预留孔，所述钢绞线预留孔内插入有预应力钢绞线，所述预应力钢绞线的一端通过锚具锚固在所述预制柱上；所述锚具与所述预制柱之间设置弹性垫圈。

10.如权利要求1-6中任一项所述的耗能减震型装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制柱和所述预制梁的拼接处设置橡胶隔震垫，所述橡胶隔震垫的大小尺寸与所述拼接处区域的大小尺寸一致。

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