CN114687443A - 一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构及安装方法 - Google Patents

一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构及安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构及安装方法。现有梁端内置耗能器框架节点的抗震性能差。本发明包括框架柱和框架梁；框架梁内设有减震耗能器组，耗能器组包括多个相连接的减震耗能器，耗能器包括弹簧、垫板和连接架；框架柱及框架梁内贯穿有预应力钢筋，预应力钢筋与连接架连接；框架柱及牛腿与框架梁的连接位置处设置有异形橡胶支座；连接架侧壁两面设有摩擦片，摩擦片表面设有摩擦片盖板，摩擦片盖板与安装槽内壁抵接；先将减震耗能器置于安装槽内，再安装摩擦片和盖板，最后进行预应力钢筋的安装。本发明通过弹簧、垫片和连接架间的配合，提高节点耗能性能，减弱外力对框架柱和框架梁的作用力。

Description

一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构及安装方法
技术领域
本发明属于建筑工程结构技术领域，具体涉及一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构及安装方法。
背景技术
全装配式结构对于建筑工业化的发展有更重要的意义。节点连接的可靠性和结构整体性差，在地震的作用下结构容易发生离散，因此在抗震区应用受到限制。
预制构件间的连接既是结构连接的薄弱环节，也是结构整体抗震性能研究的前提和基础。后浇整体式节点和预应力拼接节点这类节点的研究较为成熟，可以按照现浇混凝土结构抗震要求设计。干式装配式节点抗震性能不同于现浇节点，为柔性节点，力学性能受具体构造形式影响很大，过去的研究也相对较少。
目前，现有技术中的梁端内置耗能器全装配式RC框架节点的抗震性能差，实用性不强，因此，需要进一步改进结构，从而提高抗震性能。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，抗震性能优异，且能够有效避免框架柱和框架梁刚性挤压而产生断裂的隐患发生。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，包括框架柱，所述框架柱相对的两侧分别设置有框架梁，所述框架梁通过牛腿与框架柱卡接连接；
所述框架梁内部沿高度方向设置有两组减震耗能器组，所述每组减震耗能器组包括多个沿水平分布的减震耗能器，所述多个沿水平分布的减震耗能器之间固定连接；所述减震耗能器设置于框架梁上的安装槽内，包括弹簧、垫板和连接架，所述连接架横截面呈U字型结构；所述垫板一端面与安装槽侧壁接触，所述弹簧两端面分别与垫板另一端面和连接架端面接触；
框架柱及框架梁内部设置有多根预应力钢筋，所述预应力钢筋贯穿框架柱上的第八通孔、框架梁上的第三通孔、垫板上的第七通孔、弹簧及连接架端面上的第六通孔，且通过第二螺母与连接架固定连接；
所述连接架侧壁两面均设置有摩擦片，所述摩擦片表面设置有摩擦片盖板，设置于侧壁外表面的摩擦片盖板与安装槽内壁抵接；所述连接架、摩擦片盖板、摩擦片与框架梁之间通过螺栓及第一螺母固定连接。
优化地，所述框架柱及牛腿与框架梁的连接位置处设置有异形橡胶支座。
优化地，所述连接架两侧壁上设置有长条形孔洞，摩擦片盖板上设置有第四通孔，摩擦片上设置有第五通孔，安装槽相对两侧壁设置有第一通孔和第二通孔。
一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构的安装方法，包括如下步骤：
步骤一：将减震耗能器放置于安装槽的内部；
步骤二：将摩擦片和摩擦片盖板依次放入减震耗能器中连接架的两侧；
步骤三：使用螺栓及第一螺母，将减震耗能器、框架梁、摩擦片和摩擦片盖板固定连接；
步骤四：将预应力钢筋通过第八通孔贯穿框架柱；
步骤五：将框架梁与框架柱通过牛腿卡接连接，且使预应力钢筋的两端插入安装槽的内部；
步骤六：将预应力钢筋贯穿垫板、弹簧及连接架端面，并通过第二螺母将预应力钢筋与连接架固定连接。
本发明的有益效果：
1)本发明通过减震耗能器上的弹簧、垫片和连接架之间的相互配合，依靠弹簧的弹性作用，提高节点的耗能性能，减弱外力对框架柱和框架梁的作用力，从而提高整个装置的抗震性能；
2)本发明框架柱及牛腿与框架梁的连接位置处设置有异形橡胶支座，使得框架柱与框架梁之间形成一定间隙，便于框架柱和框架梁在发生地震时能够相对移动，能够有效避免框架柱和框架梁刚性挤压而产生断裂等隐患，且异形橡胶支座能够起到缓冲的作用；
3)与现有的预应力拼接梁柱节点结构相比，本发明通过设置牛腿，可提高整个装置节点处的抗剪性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的预应力钢筋与减震耗能器的连接结构示意图；
图3为本发明的减震耗能器的安装结构示意图；
图4为本发明的两组减震耗能器的连接结构示意图；
图5为本发明的两组减震耗能器的连接侧视图；
图6为本发明的安装槽内部结构示意图；
图7为本发明的减震耗能器结构示意图；
图8为本发明的摩擦片连接结构示意图；
图9为本发明的连接架结构示意图；
图10为本发明的垫板结构示意图；
图11为本发明的牛腿结构示意图；
图12为本发明工作过程状态图；
图中，1-框架柱、2-牛腿、3-异形橡胶支座、4-框架梁、5-第一螺母、6-螺栓、7-预应力钢筋、8-第二螺母、9-弹簧、10-垫板、11-连接架、12-摩擦片盖板、13-摩擦片、14-第一通孔、15-第二通孔、16-第三通孔、17-第四通孔、18-第五通孔、19-长条形孔洞、20-第六通孔、21-第七通孔、22-第八通孔、23-安装槽。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
如图1所示，一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，包括框架柱1，框架柱1相对的两侧分别设置有框架梁4，框架梁4通过牛腿2与框架柱1卡接连接；具体地，框架柱1上对应框架梁4的位置处固定连接有牛腿2，框架梁4朝向框架柱1的一侧开设有与牛腿2相互配合的凹槽，实现框架柱1与框架梁4的连接；通过设置牛腿，可提高整个装置节点处的抗剪性能；
如图11所示，框架柱1及牛腿2与框架梁1的连接位置处设置有2个异形橡胶支座3，异形橡胶支座3与牛腿2卡接连接，框架柱1与框架梁4之间形成一定间隙，避免框架柱1和框架梁4刚性挤压而产生断裂等隐患，异形橡胶支座3能够起到缓冲的作用；
框架梁4内部沿高度方向设置有两组减震耗能器组，每组减震耗能器组包括多个沿水平分布的减震耗能器，多个沿水平分布的减震耗能器之间固定连接；减震耗能器设置于框架梁4上的安装槽23内；如图6所示，安装槽23为方形，安装槽23相对两侧壁设置有第一通孔14和第二通孔15，一端面侧壁上设置有第三通孔16；
如图2、图7所示，减震耗能器包括弹簧9、垫板10和连接架11；
如图9所示，连接架11横截面呈U字型结构，连接架11端面上设置有第六通孔20，连接架11两侧壁上设置有长条形孔洞19；
如图10所示，垫板10为方形，其上设置有第七通孔21；如图3所示，垫板10一端面与安装槽23侧壁接触，弹簧9两端面分别与垫板10另一端面和连接架11端面接触，依靠弹簧9的弹性作用，能够减弱外界对框架柱1和框架梁4的作用力；
框架柱1及框架梁4内部设置有多根预应力钢筋7，预应力钢筋7贯穿框架柱1上的第八通孔22、框架梁4上的第三通孔16、垫板10上的第七通孔21、弹簧9及连接架11端面上的第六通孔20，且通过2个第二螺母8与连接架11固定连接，如图5所示；
如图8所示，连接架11侧壁两面均设置有摩擦片13，摩擦片13表面设置有摩擦片盖板12，设置于侧壁外表面的摩擦片盖板12与安装槽23内壁抵接，依靠摩擦片13和摩擦片盖板12提高减震耗能器与框架梁4之间的摩擦力，以提高减震耗能器与框架梁4的连接稳定性，避免减震耗能器上的连接架11移位而影响减震效果；
摩擦片盖板12上设置有第四通孔17，摩擦片13上设置有第五通孔18；
如图3、图4所示，连接架11、摩擦片盖板12、摩擦片13与框架梁4之间通过螺栓6及第一螺母5固定连接；沿水平分布的相邻两个减震耗能器中的连接架11上相向的螺栓6之间相互抵接，靠近安装槽23内壁的螺栓6通过第一螺母5与框架梁4固定连接，提高相邻两个减震耗能器工作时的稳定性。
一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构的安装方法，包括如下步骤：
步骤一：将减震耗能器放置于安装槽23的内部；
步骤二：将摩擦片13和摩擦片盖板12依次放入减震耗能器中连接架11的两侧；
步骤三：使用螺栓6及第一螺母5，将减震耗能器、框架梁4、摩擦片13和摩擦片盖板12固定连接；
步骤四：将预应力钢筋7通过第八通孔22贯穿框架柱1；
步骤五：将框架梁4与框架柱1通过牛腿2卡接连接，且使预应力钢筋7的两端插入安装槽23的内部；
步骤六：将预应力钢筋7贯穿垫板10、弹簧9及连接架11端面，并通过第二螺母8将预应力钢筋7与连接架11固定连接。
本发明利用力学行为分析、抗震性能分析建立计算方法，如图12所示，因为梁端可相对于柱发生转动，所以一次水平振动周期内梁与柱分两次开合；一次开合摩擦耗能E1＝EO+EC；一个耗能器有四个摩擦接触面，f＝4Pμ；
开过程：SO＝LAB-Δlr，st
EO＝4f SO＝4f(LAB-Δlr，st)
Figure BDA0003566944680000051
合过程：最初时刻钢筋预紧力Pr＝Kx0
SC＝LAB-Δlr，co-Δlr，sp
Figure BDA0003566944680000052
Figure BDA0003566944680000053
EC＝4f SC＝4f(LAB-2Δlr，st)
E1＝EO+EC＝4f(2LAB-3Δlr，st)
一次滞回耗能E＝2E1
h0＝h-a0
LAB＝θh0
得出一个水平振动周期节点耗能E：
Figure BDA0003566944680000054
E——一个节点在一个方向上一个水平振动周期耗能
E1——一个节点在一个方向上一次开合耗能
EO——开过程耗能
EC——合过程耗能
SO——摩擦片开过程相对滑移距离
SC——摩擦片合过程相对滑移距离
θ——梁柱相对转角
f——动摩擦力
K——耗能器弹簧刚度
x0——耗能器弹簧最初压缩量
P——耗能器处螺栓预紧力
μ——耗能器动摩擦系数
a0——耗能器预应力钢筋轴线距混凝土表面距离
h——梁截面高度
lr——连接钢筋外露长度
Er——连接钢筋弹性模量
Ar——连接钢筋截面面积；
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”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，其特征在于：包括框架柱(1)，所述框架柱(1)相对的两侧分别设置有框架梁(4)，所述框架梁(4)通过牛腿(2)与框架柱(1)卡接连接；
所述框架梁(4)内部沿高度方向设置有两组减震耗能器组，所述每组减震耗能器组包括多个沿水平分布的减震耗能器，所述多个沿水平分布的减震耗能器之间固定连接；所述减震耗能器设置于框架梁(4)上的安装槽(23)内，包括弹簧(9)、垫板(10)和连接架(11)，所述连接架(11)横截面呈U字型结构；所述垫板(10)一端面与安装槽(23)侧壁接触，所述弹簧(9)两端面分别与垫板(10)另一端面和连接架(11)端面接触；
框架柱(1)及框架梁(4)内部设置有多根预应力钢筋(7)，所述预应力钢筋(7)贯穿框架柱(1)上的第八通孔(22)、框架梁(4)上的第三通孔(16)、垫板(10)上的第七通孔(21)、弹簧(9)及连接架(11)端面上的第六通孔(20)，且通过第二螺母(8)与连接架(11)固定连接；
所述连接架(11)侧壁两面均设置有摩擦片(13)，所述摩擦片(13)表面设置有摩擦片盖板(12)，设置于侧壁外表面的摩擦片盖板(12)与安装槽(23)内壁抵接；所述连接架(11)、摩擦片盖板(12)、摩擦片(13)与框架梁(4)之间通过螺栓(6)及第一螺母(5)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，其特征在于：所述框架柱(1)及牛腿(2)与框架梁(4)的连接位置处设置有异形橡胶支座(3)。
3.根据权利要求2所述的一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构，其特征在于：所述连接架(11)两侧壁上设置有长条形孔洞(19)，摩擦片盖板(12)上设置有第四通孔(17)，摩擦片(13)上设置有第五通孔(18)，安装槽(23)相对两侧壁设置有第一通孔(14)和第二通孔(15)。
4.一种梁端内置耗能器全装配式梁柱节点结构的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将减震耗能器放置于安装槽(23)的内部；
步骤二：将摩擦片(13)和摩擦片盖板(12)依次放入减震耗能器中连接架(11)的两侧；
步骤三：使用螺栓(6)及第一螺母(5)，将减震耗能器、框架梁(4)、摩擦片(13)和摩擦片盖板(12)固定连接；
步骤四：将预应力钢筋(7)通过第八通孔(22)贯穿框架柱(1)；
步骤五：将框架梁(4)与框架柱(1)通过牛腿(2)卡接连接，且使预应力钢筋(7)的两端插入安装槽(23)的内部；
步骤六：将预应力钢筋(7)贯穿垫板(10)、弹簧(9)及连接架(11)端面，并通过第二螺母(8)将预应力钢筋(7)与连接架(11)固定连接。
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