CN115653094A - 可拆卸更换预制混凝土梁柱节点及制备方法 - Google Patents

Abstract

可拆卸更换预制混凝土梁柱节点及制备方法，包括带梁端的预制钢筋混凝土柱、预制混凝土梁、埋置在梁端的预埋钢板；预埋钢板之间固定连接可更换耗能装置；所述的可更换耗能装置包括上下设置的一对水平的金属阻尼器，一对金属阻尼器之间设有垂直的耗能钢板。本发明中可更换耗能装置和开孔H型钢与其余各个部分的连接均采用螺栓连接，便于拆卸更换，连接可靠，同时能够发挥金属耗能组件的稳定的延性耗能能力，将损伤仅仅集中在耗能组件，强震后能够方便快速地更换，实现装配式混凝土框架结构的震后功能快速恢复。

Description

可拆卸更换预制混凝土梁柱节点及制备方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种可拆卸更换预制混凝土梁柱节点及制备方法。

背景技术

地震中建筑结构的损坏是威胁生命安全和造成财产损失的主要原因，汶川地震和雅安芦山地震表明混凝土框架结构梁柱连接区域是薄弱位置，梁柱抗震性能不佳，缺少足够的延性，而且地震之后，梁柱节点区域损伤严重，无法修复，只能推倒重建，造成巨大的经济损失。

装配式混凝土结构具有施工周期短、便于施工、对周边生活及工作环境影响较小、节约材料和能源等优点，近年来得到了大力推广和应用。传统的装配式混凝土框架结构，通常采用现场二次浇注的方法完成预制构件梁柱的连接，无法满足装配式建筑绿色环保、节能高效的发展理念。

为从根本上解决震后难以恢复或修复费用昂贵以及现场二次浇筑的问题，提出一个干式的且可更换的梁柱连接方式就显得既迫切而又特别有意义。

专利CN201710018132.0提供一种装配式混凝土框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，设置在装配式混凝土框架结构梁柱连接的梁端上侧和/或下侧，包括一块或多块并排布置的耗能核心钢板、位于耗能核心钢板一端且预制阶段预埋在柱混凝土相应位置的柱内锚固块、位于耗能核心钢板另一端且预制阶段预埋在梁端混凝土相应位置的梁内锚固块及包围耗能核心钢板的约束体系；耗能核心钢板与柱内锚固块及梁内锚固块之间通过可靠连接构成一个连续的传力组件。该技术存在以下缺点：

(1)只能单侧设置该可更换耗能连接组件，但在地震时，纵波会使得结构上下震动，使得梁端上下侧既会受拉，也会受压，未设置该组件的另一侧无耗能能力，故该组件耗能性能不足；

(2)本技术提出的可更换耗能连接组件在梁柱连接端部，处于支座位置，它的核心耗能部件仍然受到剪力较大，金属屈服耗能装置不宜承受剪力，故可更换耗能连接组件放置为止不佳，不能充分发挥可更换耗能连接组件的耗能性能；

(3)在可更换耗能连接组件的另一侧，在安装时，在震后更换时都需要浇筑混凝土，影响施工效率。

(4)可更换耗能连接是通过焊接的方式连接到锚固块，且更换时需要凿除混凝土，可更换性不强。

专利CN201910820330.8提供一种适用于装配式梁柱节点的可更换耗能连接装置，是对已有构件装置的改进，包括：预留灌浆孔洞、预留螺栓孔洞、拉结螺栓以及在施工工艺上对梁柱连接件的选材。所述预留灌浆孔洞，在C型卡槽的顶部预留灌浆孔，方便振捣及灌浆密实；所述预留螺栓孔洞，在C型卡槽边缘预留拉结螺栓孔洞，方便拉结螺栓连接；所述拉结螺栓，利用拉结螺栓锚固，可大大提高卡槽的强度，防治卡槽向外侧开张；在施工工艺上，上部和下部的梁柱连接件采用软钢材料，可以提高构件的延性，增强节点耗能。

该技术存在以下缺点：

(1)在梁柱节点处，在安装时，在震后更换时都需要浇筑混凝土，影响施工效率。

(2)C槽与梁柱均为焊接，且后期放置了钢筋，震后可更换性不强。

发明内容

针对上述背景，本发明提出一种可拆卸更换预制混凝土梁柱节点及制备方法，该节点纯螺栓连接，无需二次浇筑。该节点利用金属屈服耗能件的拉压耗能性能实现耗能，用于承受并传递地震作用下由框架结构梁端弯矩产生的上侧和下侧边缘的轴向拉力或压力。可更换耗能装置由承受轴向荷载的核心削弱钢板、约束板、填充板、开孔H型钢板、预埋钢板、焊接于H型钢板的端板和高强螺栓组成。在H型钢板内开孔，目的是削弱此部位截面，便于屈服耗能。核心削弱钢板、约束板和填充板组成可更换的可更换耗能装置，在受压屈服时不会发生大幅值的屈曲。由金属材料组成的屈曲耗能件不宜用于承受剪力，故设置的开孔H型钢板，一方面承受剪力，另一方面便于节点的连接。

本发明要解决以下几个技术问题：

(1)技术一只能单侧设置该可更换耗能连接组件，但在地震时，纵波会使得结构上下震动，使得梁端上下侧既会受拉，也会受压，未设置该组件的另一侧无耗能能力，故该组件耗能性能不足；

(2)技术一所提出的可更换耗能连接组件在梁柱连接端部，处于支座位置，它的核心耗能部件仍然受到剪力较大，金属屈服耗能装置不宜承受剪力，故可更换耗能连接组件放置为止不佳，不能充分发挥可更换耗能连接组件的耗能性能；

(3)技术一、二所提出的可更换耗能连接组件，在安装时，在震后更换时都需要浇筑混凝土，影响施工效率。

(4)技术一、二的可更换连接是通过焊接的方式连接到锚固块，且更换时需要凿除混凝土，可更换性不强。

具体的技术方案为：

可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，包括带梁端的预制钢筋混凝土柱、预制混凝土梁、埋置在梁端的预埋钢板；预埋钢板之间固定连接可更换耗能装置；

所述的可更换耗能装置包括上下设置的一对水平的金属阻尼器，一对金属阻尼器之间设有垂直的耗能钢板。

每个所述的金属阻尼器包括核心耗能部分、端部连接块；

每个所述的核心耗能部分包括上下设置的一对约束板，一对约束板之间设有削弱钢板；一对约束板和削弱钢板之间分别设有多个填充板，约束板、削弱钢板、填充板通过螺栓固定连接成整体；端部连接块固定在削弱钢板的两端；

削弱钢板与约束板之间留有空隙；

本发明优选的，所述的耗能钢板为H型耗能钢板。

耗能钢板上开孔。

耗能钢板的端部和端部连接块上预留螺栓孔；

预埋钢板上固定连接有螺纹套筒，梁端内纵向钢筋端部为螺纹，并与螺纹套筒螺纹连接；在预埋钢板上与螺纹套筒对应的位置预留螺栓孔；螺栓分别穿过耗能钢板的端部和端部连接块上预留螺栓孔，与预埋钢板和螺纹套筒连接。

可拆卸更换预制混凝土梁柱节点的制备方法，包括以下步骤：

S1、先进行柱的梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制柱钢筋笼，将锚固钢筋与螺纹套筒进行焊接，再把螺纹套筒和开孔的预埋钢板进行焊接，螺纹套筒和预埋钢板的孔位一一对应。批量生产柱端埋件，将锚固钢筋预埋在带梁端的预制柱内，对预制柱进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度时，拆模进行标准养护，含有预埋钢板的端的预制钢筋混凝土柱、预制混凝土梁制作完成。

S2、进行梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制梁钢筋笼，在预制梁的端部钢筋与螺纹套筒进行焊接，再把螺纹套筒和开孔的预埋钢板进行焊接，螺纹套筒和预埋钢板的孔位一一对应。对预制梁进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度时，拆模进行标准养护，含有梁端埋件的预制梁制作完成。

S3、工厂预先组装好可更换耗能装置；

S4、梁柱连接件安装。将预制好的端的预制钢筋混凝土柱在施工现场先吊装固定好之后，再将预制混凝土梁吊装，使预制混凝土梁梁端预埋钢板水平对齐端的预制钢筋混凝土柱的柱端预埋钢板件。待预制混凝土梁稳定后，用螺栓将可更换耗能装置安装在带梁端的端的预制钢筋混凝土柱与预制混凝土梁的端部，螺栓穿过端部连接块和耗能钢板的预留螺栓孔，与预埋钢板和螺纹套筒连接，安装完成。

本发明的特点是可更换耗能装置和开孔H型钢与其余各个部分的连接均采用螺栓连接，便于拆卸更换，连接可靠，同时能够发挥金属耗能组件的稳定的延性耗能能力，将损伤仅仅集中在耗能组件，强震后能够方便快速地更换，实现装配式混凝土框架结构的震后功能快速恢复。

本发明技术方案带来的有益效果：

(1)结构震后修复简便，节省了结构震后修复时间，削弱钢板和H型钢均采用高强螺栓与预制混凝土梁连接，可实现震后可快速更换；

(2)结构损伤集中，耗能性能好。在本专利中，由于在梁端的上下侧附近安装了易屈服的耗能削弱钢板，使得地震作用下塑性行为集中在梁端，而作为主要承重构件的梁、柱本身不会发生塑性变形。屈服将仅在耗能核心钢板的耗能段和H型钢板中发生，使得该发明能够发挥出优良的延性和低周疲劳能力。

(3)可将可更换耗能装置制成标准构件，便于批量生产及应用。本专利的耗能连接组件主要采用钢板加工与焊接，已有成熟的工艺能够采用工业化的方式进行生产。对实现这种结构的工业化建造和震后快速修复具有突出的现实意义。

(4)实用性强，不影响美观。本耗能装置高度不超过梁的高度，安装完成后可以在该装置周围填上防火材料，使得该装置与梁合为一体，符合传统的审美观。

(5)小震作用下，布置在梁端上侧和下侧的可更换耗能装置保持弹性，为梁柱连接段提供抗弯刚度；中震或大震作用下，可更换耗能装置受拉或受压屈服，并利用组件的滞回性能耗散地震能量，降低框架结构的动力响应值，将损伤仅仅集中在可更换耗能装置上，而框架结构的主体部位仍然保持弹性。地震发生以后，松开可更换耗能装置、H型钢和混凝土梁的连接螺栓，取出产生了损伤的耗能组件，并重新安装新的可更换耗能装置，达到震后快速恢复结构使用功能的目的。

附图说明

图1是本发明的预制混凝土梁柱节点结构示意图；

图2是本发明可更换耗能装置结构示意图；

图3是本发明的可更换耗能装置侧视图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

如图1到图3所示，可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，包括带梁端的预制钢筋混凝土柱 1、预制混凝土梁2、埋置在梁端的预埋钢板3；预埋钢板3之间固定连接可更换耗能装置；

所述的可更换耗能装置包括上下设置的一对金属阻尼器，一对金属阻尼器之间设有垂直的耗能钢板7，所述的耗能钢板7为H型耗能钢板。耗能钢板7上开孔。

每个所述的金属阻尼器包括核心耗能部分、端部连接块10。

所述的核心耗能部分包括上下设置的约束板4，一对约束板4之间设有削弱钢板6；约束板4和削弱钢板之间设有多个填充板5，约束板4、削弱钢板6、填充板5通过螺栓8固定连接成整体；由削弱钢板6耗能。端部连接块10焊接在削弱钢板6的两端；

通过调整填充板5厚度，在削弱钢板6与约束板5之间设置空隙，使钢板在拉压作用下能够自由膨胀。

端部连接块10和耗能钢板7预留螺栓孔。

预制钢筋混凝土柱1和预制混凝土梁2的梁端预埋钢板3和螺纹套筒9，螺纹套筒9焊接到预埋钢板3。梁端内纵向钢筋端部做成螺纹形状，并与螺纹套筒9连接，同时螺纹套筒9 和预埋钢板3间采用点焊。在预埋钢板3上与螺纹套筒9对应的位置预留螺栓孔，螺栓穿过金属阻尼器和耗能钢板7的预留螺栓孔，与预埋钢板3和螺纹套筒9连接。

可拆卸更换预制混凝土梁柱节点的制备方法，包括以下步骤：

S1、先进行柱的梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制柱钢筋笼，将锚固钢筋与螺纹套筒9进行焊接，再把螺纹套筒9和开孔的预埋钢板3进行焊接，螺纹套筒9和预埋钢板3的孔位一一对应。批量生产柱端埋件，将锚固钢筋预埋在带梁端的预制柱内，对预制柱进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度时，拆模进行标准养护，含有预埋钢板3的端的预制钢筋混凝土柱1、预制混凝土梁2 制作完成。

S2、进行梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制梁钢筋笼，在预制梁的端部钢筋与螺纹套筒9进行焊接，再把螺纹套筒9和开孔的预埋钢板3进行焊接，螺纹套筒9和预埋钢板3的孔位一一对应。对预制梁进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度时，拆模进行标准养护，含有梁端埋件的预制梁制作完成。

S3、工厂预先组装好可更换耗能装置；

S4、梁柱连接件安装。将预制好的端的预制钢筋混凝土柱1在施工现场先吊装固定好之后，再将预制混凝土梁2吊装，使预制混凝土梁2梁端预埋钢板3水平对齐端的预制钢筋混凝土柱1的柱端预埋钢板3件。待预制混凝土梁2稳定后，用螺栓将可更换耗能装置安装在带梁端的端的预制钢筋混凝土柱1与预制混凝土梁2的端部，螺栓穿过端部连接块10和耗能钢板7的预留螺栓孔，与预埋钢板3和螺纹套筒9连接，安装完成。

或者，实施例采用以下技术手段替换：

预埋钢板3与端部连接块10和耗能钢板7通过焊接代替高强螺栓连接；耗能钢板7可以设置其他类型的钢板；

端板与H型钢连接采用其他形式的连接方式；

内螺纹预埋连接套筒采用不同的材料形式。

改变耗能钢板7可以开孔形状。

改变金属阻尼器内削弱钢板6的削弱方式。

改变可更换耗能装置的位置。

Claims (7)

1.可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，包括带梁端的预制钢筋混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)、埋置在梁端的预埋钢板(3)；预埋钢板(3)之间固定连接可更换耗能装置；

所述的可更换耗能装置包括上下设置的一对水平的金属阻尼器，一对金属阻尼器之间设有垂直的耗能钢板(7)。

2.根据权利要求1所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，每个所述的金属阻尼器包括核心耗能部分、端部连接块(10)；

每个所述的核心耗能部分包括上下设置的一对约束板(4)，一对约束板(4)之间设有削弱钢板(6)；一对约束板(4)和削弱钢板(6)之间分别设有多个填充板(5)，约束板(4)、削弱钢板(6)、填充板(5)通过螺栓(8)固定连接成整体；端部连接块(10)固定在削弱钢板(6)的两端；

削弱钢板(6)与约束板(5)之间留有空隙。

3.根据权利要求1所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，所述的耗能钢板(7)为H型耗能钢板。

4.根据权利要求1所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，所述的耗能钢板(7)上开孔。

5.根据权利要求1所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，所述的耗能钢板(7)的端部和端部连接块(10)上预留螺栓孔。

6.根据权利要求1所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点，其特征在于，所述的预埋钢板(3)上固定连接有螺纹套筒(9)，梁端内纵向钢筋端部为螺纹，并与螺纹套筒(9)螺纹连接；在预埋钢板(3)上与螺纹套筒(9)对应的位置预留螺栓孔；螺栓分别穿过耗能钢板(7)的端部和端部连接块(10)上预留螺栓孔，与预埋钢板(3)和螺纹套筒(9)连接。

7.根据权利要求1到6任一项所述的可拆卸更换预制混凝土梁柱节点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、先进行柱的梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制柱钢筋笼，将锚固钢筋与螺纹套筒(9)进行焊接，再把螺纹套筒(9)和开孔的预埋钢板(3)进行焊接，螺纹套筒(9)和预埋钢板(3)的孔位一一对应；批量生产柱端埋件，将锚固钢筋预埋在带梁端的预制柱内，对预制柱进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度时，拆模进行标准养护，含有预埋钢板(3)的端的预制钢筋混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)制作完成；

S2、进行梁端埋件的制作安装；

首先进行绑扎预制梁钢筋笼，在预制梁的端部钢筋与螺纹套筒(9)进行焊接，再把螺纹套筒(9)和开孔的预埋钢板(3)进行焊接，螺纹套筒(9)和预埋钢板(3)的孔位一一对应；对预制梁进行支模，并浇筑混凝土，待混凝土达到预设强度时，拆模进行标准养护，含有梁端埋件的预制梁制作完成；

S3、工厂预先组装好可更换耗能装置；

S4、梁柱连接件安装；将预制好的端的预制钢筋混凝土柱(1)在施工现场先吊装固定好之后，再将预制混凝土梁(2)吊装，使预制混凝土梁(2)梁端预埋钢板(3)水平对齐端的预制钢筋混凝土柱1的柱端预埋钢板(3)件；待预制混凝土梁(2)稳定后，用螺栓将可更换耗能装置安装在带梁端的端的预制钢筋混凝土柱(1)与预制混凝土梁(2)的端部，螺栓穿过端部连接块(10)和耗能钢板(7)的预留螺栓孔，与预埋钢板(3)和螺纹套筒(9)连接，安装完成。

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