CN114909011A - 一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，包括预制柱、预制梁和预制楼板，预制柱中心位置处预埋有若干根预埋角钢，预制梁上部所对应的预埋角钢外焊接井字形钢板，预制梁下部所对应的预埋角钢外焊接网状钢板；预制梁上部靠近井字形钢板的一侧预埋有带栓钉的预埋型钢，预埋型钢与井字形钢板通过销轴连接件转动连接；预制梁下部与网状钢板端部均固定安装销轴连接件，且销轴连接件之间转动安装有节点耗能构件；解决目前装配式混凝土结构中的梁柱节点在强地震作用下损伤过大，且震后不易修复，产生较大经济损失的问题。
Description
技术领域
本发明属于混凝土结构梁柱节点技术领域，尤其涉及一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点。
背景技术
工业化装配式混凝土结构是未来建筑发展的必然趋势，是我国实现建筑产业化的必由之路。建筑装配化，能规范化各构件，工厂统一规格生产进而降低工程造价；且预制后的构件现场进行精准装配，减少了现场湿作业和工作量，加快了施工速度。
装配式混凝土结构的梁柱节点是指框架式建筑结构中梁和柱子的交叉点，是框架结构体系的重要组成部分。历次震害现象表明，装配式框架结构的连接节点是抗震中的薄弱环节，在强震作用下，梁端形成塑性铰转动耗能，该区域出现较大范围的塑形变形，混凝土被压碎，钢筋发生局部屈曲，楼板产生裂缝，使得结构震后修复难度较大。为了提高梁柱节点的塑性转动能力，其消能减震设计成为了钢结构设计中的关键问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决目前装配式混凝土结构中的梁柱节点在强地震过程中容易损伤过大，且震后不易修复，产生较大经济损失的问题，提供一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点。
装配式梁柱节点缺乏塑性转动能力且耗能能力较弱，会使得主体结构在强地震过程中损伤过大，且震后不易修复，
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，包括预制柱、预制梁和预制楼板，预制柱中心位置处预埋有若干根预埋角钢，预制梁上部所对应的预埋角钢外焊接井字形钢板，预制梁下部所对应的预埋角钢外焊接网状钢板；
预制梁上部靠近井字形钢板的一侧预埋有带栓钉的预埋型钢，预埋型钢与井字形钢板通过销轴连接件转动连接；
预制梁下部与网状钢板端部均固定安装销轴连接件，且销轴连接件之间转动安装有节点耗能构件，节点耗能构件包括分别与T型钢板与网状钢板端部销轴连接件固定连接的套筒，套筒内螺纹连接有内芯，内芯外包覆有两个半圆形的内钢管，内钢管外套装有外钢管，外钢管与对应的内钢管上开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓。
本基础方案的有益效果在于：井字形钢板、网状钢板均焊接固定在预埋角钢外侧，井字形钢板便于转动连接预制梁上部，网状钢板便于转动连接预制梁下部，预制梁下部与网状钢板之间通过节点耗能构件连接，地震发生导致预制梁发生位移时，节点耗能构件内的内芯发生变形进行耗能，内芯损坏后依次拆卸螺栓、外钢管、内钢管进行更换内芯。
进一步，预制梁内预埋有U型预埋销筋，预埋销筋自由端伸出预制梁，预制楼板上开设有便于预埋销筋穿出的通孔。有益效果：预制楼板与预制梁进行装配时，先在预制梁上进行板底坐浆，将预制楼板装配在预制梁的预埋销筋上后对预制楼板上的通孔进行二次灌浆。
进一步，预制柱中心位置处预埋角钢有四根，预埋角钢呈直角状。有益效果：预埋角钢的设置提高了预制梁上井字形钢板、网状钢板的安装稳定性。
进一步，预制梁上部和下部以及对应的预制柱表面位置均预埋有钢筋，预制梁上部钢筋端部与预埋型钢一端焊接，预埋型钢另一端的端部焊接有小钢板，销轴连接件固定安装在井字形钢板端部且与小钢板焊接。有益效果：预埋型钢与销轴连接件的固定连接，预埋型钢能够带动预制梁绕销轴连接件转动。
进一步，预制梁下部钢筋端部焊接有T型钢板，销轴连接件固定安装在T型钢板与网状钢板端部。有益效果：销轴连接件安装在预制梁下部钢筋与网状钢板之间，销轴连接件能够带动预制梁绕销轴连接件转动。
进一步，靠近长套筒一侧的内芯上螺纹连接有高强螺母。有益效果：在内芯与长套筒的相对位置调节好后，可以通过高强螺母使拆装式防屈曲支撑(BRB)中内芯与长套筒内螺纹相抵，BRB内芯和套筒螺纹相抵无间隙，实现了BRB在强震下传递拉力和压力时无滑移紧密连接。
进一步，预制楼板靠近预制柱的一侧填充有柔性材料。有益效果：在预制楼板与预制柱的相对位置发生变化时，柔性材料可以起到释放应力的作用，避免楼板开裂。
进一步，预制柱和预制梁的截面为矩形钢筋混凝土截面。
进一步，井字形钢板与预制柱通过栓钉进行固定。
进一步，内芯表面涂有无粘结材料层。有益效果：无粘结材料层能够降低内芯与内钢管之间的摩擦力，提高BRB的耗能性能。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，预制柱和预制梁的上部通过销轴连接件铰接，下部通过节点耗能构件铰接连接，节点耗能构件长度能够根据需求进行调节，且损坏后内芯可以进行更换，在小震发生时，该梁柱节点保持弹性，当中大震发生时，该梁柱节点能够产生一定的转动变形，转动变形主要借助于节点耗能构件中内芯的形变，该梁柱节点耗能能力稳定，延性指标高，相较于传统装配式节点抗震韧性有明显的提高；解决目前装配式梁柱节点缺乏塑性转动能力且耗能能力较弱，会使得主体结构在强地震过程中损伤过大，且震后不易修复，产生较大经济损失的问题。
2、本发明所公开的楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，节点耗能构件中节点传力路径明确，预制楼板不参与抗弯，最大程度避免了混凝土的损伤破坏，大幅降低了震后修复成本；预制构件保持弹性，地震损伤只集中于耗能防屈曲支撑，震后更换便捷，可实现装配式梁柱节点的可恢复功能，方便框架结构震后抗震性能的修复，减少震后修复的经济损失。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点的结构示意图；
图2为本发明图1沿A-A方向剖视图；
图3为本发明图1沿B-B方向剖视图；
图4为本发明图1沿C-C方向剖视图；
图5为本发明图1沿D-D方向剖视图；
图6为本发明图1沿E-E方向剖视图；
图7为本发明图1沿F-F方向剖视图；
图8为本发明实施例一可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的装配图；
图9为本发明实施例一可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的结构示意图；
图10为本发明实施例一可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的装配流程图；
图11为本发明实施例二可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的装配图；
图12为本发明实施例二可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的结构示意图；
图13为本发明图12沿A-A方向剖视图；
图14为本发明图12沿B-B方向剖视图；
图15为本发明实施例二可更换装配式梁柱节点中节点耗能构件的装配流程图；
图16为本发明楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点转动机制示意图。
附图标记：预制柱1、预制梁2、预制楼板3、预埋型钢4、节点耗能构件5、长套筒51、短套筒52、内钢管53、外钢管54、高强螺母55、内芯56、螺栓57、无粘结材料层58、钢筋6、井字形钢板7、网状钢板8、预埋角钢9、销轴连接件10、预埋销筋11、栓钉12、小钢板13、T型钢板14、柔性材料15。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
如图1～7所示的一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，包括预制柱1和预制梁2，预制梁2为断开式，可以根据需求装配。预制柱1和预制梁2的截面为矩形钢筋混凝土截面。预制梁2上装配预制楼板3。
装配式梁柱连接节点处的预制柱1中心位置处预埋有四根预埋角钢9，预埋角钢9呈直角状。预制梁2上部所对应的预埋角钢9外焊接井字形钢板7，预制梁2下部所对应的预埋角钢9外焊接网状钢板8，网状钢板8呈向外辐射状。
预制梁2上部靠近井字形钢板7的一侧预埋有带栓钉12的预埋型钢4，预制梁2上部和下部以及对应的预制柱1表面位置预埋有钢筋6，预制梁2上部钢筋端部与预埋型钢4一端焊接，预埋型钢4另一端的端部焊接有小钢板13，井字形钢板7端部固定安装有端部与小钢板13焊接的销轴连接件10，预埋型钢4通过小钢板13与销轴连接件10固定连接，预制梁2能够绕销轴连接件10转动。
预制梁2下部钢筋6的端部焊接有T型钢板14，T型钢板14与网状钢板8端部均焊接有销轴连接件10，根据工程需求，此处预制梁2下部连接的销轴连接件10小于预制梁2上部连接的销轴连接件10；T型钢板14与网状钢板8的销轴连接件10之间转动安装有节点耗能构件5，图8、图9为节点耗能构件的结构示意图；节点耗能构件5包括分别与T型钢板14与网状钢板8端部销轴连接件10固定连接的套筒，套筒内螺纹连接有内芯56，内芯56外包覆有两个半圆形的内钢管53，内钢管53外套装有外钢管54，外钢管54与对应的内钢管53上开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓57。内芯56呈狗骨式，内芯56表面涂有无粘结材料层58。无粘结材料层58能够降低内芯56和内钢管53的摩擦力，提高整个节点耗能构件5的耗能能力且在内芯56损坏后便于更换。
该节点耗能构件5中内芯56端部为外螺纹，套筒端部为内螺纹，如图10所示该节点耗能构件5的装配过程为：(1)组装拆装式BRB：在内芯56表面涂无粘结材料，将内钢管53夹持在内芯56的无粘结材料层58外侧，接着套入外钢管54，最后在外钢管54与对应的内钢管53上螺纹孔内插入螺栓57固定。(2)BRB和套筒连接：组装好的BRB拧入其两边套筒。(3)套筒和梁柱下部通过销轴连接件10连接；(4)微调BRB长度使螺纹无滑移紧密连接：在第(3)步中，由于梁柱的位置已经固定了(假设是距离L)，BRB的长度需要微调至L才能安装上去，用扳手拧内芯上的内切六角可以微调内芯旋入套筒的长度，可调节的长度为最大长度减去最小长度。长度调节好后，拧紧高强螺母55，可以使内芯56和套筒的螺牙相互抵紧，实现了BRB在强震下传递拉力和压力时无滑移紧密连接。
该节点耗能构件5更换时，取下梁柱下部T型钢板14与网状钢板8上的销轴连接件10，重复上述节点耗能构件5的装配过程。
整个节点耗能构件5转动连接在预制梁2下部与预制柱1之间，地震发生导致预制梁2端部发生塑性转动时，节点耗能构件5内的内芯56发生变形进行耗能。
预制梁2内预埋有U型预埋销筋11，预埋销筋11自由端伸出预制梁2，预制楼板3上开设有便于预埋销筋11穿出的通孔，预制楼板3与预制梁2进行装配时，先在预制梁2上进行板底坐浆，将预制楼板3装配在预制梁2的预埋销筋11上后对预制楼板3上的通孔进行二次灌浆。
预制楼板3靠近预制柱1的一侧填充有柔性材料15，在预制楼板3与预制柱1的相对位置发生变化时，柔性材料15可以起到释放应力作用。
该楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，预制柱1、预制梁2和预制楼板3均为预制构件，采用干连接形成装配式混凝土框架结构。其中框架预制柱1在预制梁2的梁端进行拼接，预制梁2梁端上部和下部和对应的预制柱1表面位置分别预埋钢筋6，预制梁2上部钢筋6与预埋型钢4进行焊接相连，并在预埋型钢4周围布置栓钉12，以增强预埋型钢4与混凝土的连接性能；预埋型钢4与预制柱1内的井字形钢板7通过销轴连接件10转动连接，使得预制梁2能够绕销轴连接件10转动进行耗能。销轴连接件10采用高强钢材，确保在大地震水平下保持弹性。
预制梁2下部钢筋6与T型钢板14焊接，T型钢板14与网状钢板8通过销轴连接件10连接，T型钢板14与网状钢板8的销轴连接件10之间转动安装节点耗能构件5，节点耗能构件5为拆装式BRB，由内芯56和约束单元组成，具有近似的拉压力学性能和稳定的耗能能力，考虑到装配式梁柱连接节点的安装精度和震后残余变形，拆装式BRB通过可调节套筒(长套筒51、短套筒52)与梁柱铰接。为避免楼板开裂，楼板与柱侧面填充柔性材料15，不与预制柱1直接接触，预制楼板3与预制梁2顶坐浆连接，实现楼板荷载均匀传递至框架梁。
图16为楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点转动机制示意图，在强震作用下，节点耗能构件5作为可更换节点绕预制梁2上部销轴连接件10转动，销轴连接件10同时承担梁端剪力和水平拉压力，与拆装式BRB轴向力共同提供截面弯矩抵抗力，拆装式BRB在轴力作用下屈服耗能，销轴连接件10和其他连接件保持弹性。梁端正弯矩作用下，可更换节点绕上部销轴向上转动，楼板与柱间的柔性填充材料受压；梁端负弯矩作用下，可更换节点绕上部销轴向下转动，拆装式BRB受压不屈曲，柔性填充材料受拉或与脱离柱表面；可更换节点转动过程中，楼板不参与抗弯，板面无裂缝出现，节点损伤可控并集中于耗能BRB，震后拆装式BRB通过可调节螺纹套筒更换便捷，实现装配式梁柱节点的可恢复功能。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于，图11～图14为节点耗能构件的结构示意图；节点耗能构件5包括分别与T型钢板14与网状钢板8端部销轴连接件10固定连接的长套筒51和短套筒52，长套筒51和短套筒52内螺纹连接有内芯56，内芯56外包覆有两个半圆形的内钢管53，内钢管53外套装有外钢管54，外钢管54与对应的内钢管53上开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓57。内芯56呈狗骨式，内芯56表面涂有无粘结材料层58。无粘结材料层58能够降低内芯56和内钢管53的摩擦力，提高整个节点耗能构件5的耗能能力且在内芯56损坏后便于更换。
装配时先将内芯56一端旋拧至长套筒51内，然后将内芯56旋转至另一端与短套筒52的螺纹孔对齐，反向旋转内芯56，将内芯56的另一端旋拧至短套筒52的螺纹孔内，内芯56插入在长套筒51内的端部与长套筒51内的螺纹孔存在一定间隙，通过长套筒51一端的高强螺母55
该节点耗能构件5中内芯56端部为外螺纹，长套筒51和短套筒52端部为内螺纹，如图15所示该节点耗能构件5的装配过程为：(1)长套筒51和短套筒52先和梁柱T型钢板14与网状钢板8伸出来的耳板通过销轴连接件10连接好；(2)组装拆装式BRB：在内芯56表面涂无粘结材料，将内钢管53夹持在内芯56的无粘结材料层58外侧，接着套入外钢管54，最后在外钢管54与对应的内钢管53上螺纹孔内插入螺栓57固定。(3)BRB和套筒连接：长套筒51先旋转一个角度，然后在这个角度把内芯56完全拧入长套筒51，再把内芯56旋回水平方向，接着把内芯56完全拧入短套筒52，使得承压面无间隙，最后拧紧高强螺母55，可以使内芯56和长套筒51的螺牙相互抵紧，实现螺纹无滑移紧密连接。
该节点耗能构件5更换时，不取梁柱T型钢板14与网状钢板8上的销轴连接件10，逆向重复节点耗能构件5的装配过程拆下BRB后重复上述节点耗能构件5的装配过程。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，包括预制柱、预制梁和预制楼板，预制柱中心位置处预埋有若干根预埋角钢，预制梁上部所对应的预埋角钢外焊接井字形钢板，预制梁下部所对应的预埋角钢外焊接网状钢板；
预制梁上部靠近井字形钢板的一侧预埋有带栓钉的预埋型钢，预埋型钢与井字形钢板通过销轴连接件转动连接；
预制梁下部与网状钢板端部均固定安装销轴连接件，且销轴连接件之间转动安装有节点耗能构件，节点耗能构件包括分别与T型钢板与网状钢板端部销轴连接件固定连接的套筒，套筒内螺纹连接有内芯，内芯外包覆有两个半圆形的内钢管，内钢管外套装有外钢管，外钢管与对应的内钢管上开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓。
2.如权利要求1所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制梁内预埋有U型预埋销筋，预埋销筋自由端伸出预制梁，预制楼板上开设有便于预埋销筋穿出的通孔。
3.如权利要求1所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制柱中心位置处预埋角钢有四根，预埋角钢呈直角状。
4.如权利要求3所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制梁上部和下部以及对应预制柱表面位置均预埋有钢筋，预制梁上部钢筋端部与预埋型钢一端焊接，预埋型钢另一端端部焊接有小钢板，销轴连接件固定安装在井字形钢板端部且与小钢板焊接。
5.如权利要求4所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制梁下部钢筋端部焊接有T型钢板，销轴连接件固定安装在T型钢板与网状钢板端部。
6.如权利要求1所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，靠近长套筒一侧的内芯上螺纹连接有高强螺母。
7.如权利要求1～6任一所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制楼板靠近预制柱的一侧填充有柔性材料。
8.如权利要求7所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述预制柱和预制梁的截面为矩形钢筋混凝土截面。
9.如权利要求8所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述井字形钢板与预制柱通过栓钉进行固定。
10.如权利要求1所述楼板免损伤的可更换装配式梁柱节点，其特征在于，所述内芯表面涂有无粘结材料层。
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