CN115977245A - 一种高耗能高承载力自复位梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高耗能高承载力自复位梁柱节点，包括柱结构，混凝土柱侧面凸起有梁连接块，梁连接块连接有柱端钢构件，柱端钢构件连接有梁端钢构件，梁端钢构件连接有混凝土梁；所述柱端钢构件和梁端钢构件结构相同，且中部铰接连接；柱端钢构件和梁端钢构件的铰接连接处的上方和下方均安装有耗能结构和弹性复位结构；所述耗能结构包括耗能钢棒，耗能钢棒上沿长度方向形成有若干朝向相同的圆锥台部，圆锥台部的粗端延伸形成限位凸环。本发明耗能能力强、自复位性能好、易修复的梁柱节点，使得结构在高强度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力。

Description

一种高耗能高承载力自复位梁柱节点

技术领域

本发明用于建筑领域，主要涉及一种高耗能高承载力自复位梁柱节点。

背景技术

从上世纪90年代开始，基于性能的建筑抗震设计成为结构抗震研究的主流方向之一。基于性能的抗震设计是指根据建筑物的用途和重要性以及地震设防水准确定建筑物的抗震性能目标，按照该目标进行建筑抗震设计，使设计的建筑在未来可能发生的地震作用下具有预期的抗震性能和安全度，从而将建筑的震害损失控制在预期的范围内。装配式混凝土结构是一种将混凝土结构主要承重构件在工厂预制成型后，运输到施工现场通过拼接及必要的连接建造而成的结构形式。装配式混凝土框架结构是最常见、应用最广的装配式结构体系之一，该结构通常是指梁、柱、楼板等承重构件部分或全部采用预制，在施工现场进行节点连接，从而形成整体的结构体系。装配式混凝土框架结构中，柱、梁、楼板的连接方式，特别是梁柱节点的连接方式是区分装配式结构与现浇结构的根本，也是影响整体结构抗震性能的核心受力部位。为了实现“强节点、弱构件”的设计原则，需要保证梁柱节点区域的拼装部位具有足够的强度、刚度以及延性，满足正常使用条件下和地震作用下对承载力和变形能力的要求。装配式混凝土节点连接方式主要有二次浇筑、套筒灌浆连接、浆锚搭接连接等连接节点形式。

但是现有的节点连接形式中，现浇固然能保证节点具有足够的强度，刚度和良好的耗能能力，但施工现场仍需要大量的混凝土湿作业，无法满足装配式建筑绿色环保，节能高效的发展理念。套筒灌浆连接、浆锚搭接连接而成的节点耗能能力差，地震作用下灌浆处容易发生脆性破坏，且震后修复困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种高耗能高承载力自复位梁柱节点，本发明耗能能力强、自复位性能好、易修复，使得结构在高强度地震下具有优异的抗震性能和自复位能力。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案进行实现：

一种高耗能高承载力自复位梁柱节点，包括柱结构，混凝土柱侧面凸起有梁连接块，梁连接块连接有柱端钢构件，柱端钢构件连接有梁端钢构件，梁端钢构件连接有混凝土梁；所述柱端钢构件和梁端钢构件结构相同，且中部铰接连接；柱端钢构件和梁端钢构件的铰接连接处的上方和下方均安装有耗能结构和弹性复位结构；所述耗能结构包括耗能钢棒，耗能钢棒上沿长度方向形成有若干朝向相同的圆锥台部，圆锥台部的粗端延伸形成限位凸环，圆锥台部的细端延伸形成有缓冲部，缓冲部的中部固定有推环；圆锥台部外周安装有两个半环形的限位钢片，限位钢片内壁形成与圆锥台部外表面配合的圆锥台内壁；限位钢片围合形成的钢管结构的外径大于限位凸环以及推环的外径；限位钢片外套设有套筒，套筒与限位钢片紧密接触，且套筒内壁与限位钢片外表面粗糙处理；套筒和耗能钢棒一个与梁连接块固定连接，

另一个与混凝土梁固定连接；所述弹性复位结构一端连接柱端钢构件，另一端连接梁端钢构件。

进一步的改进，所述套筒外还固定有钢管，所述钢管由两个半圆形的钢管件通过螺栓连接形成。

进一步的改进，所述耗能结构处于两个预制UHPC板之间，且钢管件的长度小于预制UHPC板的长度，使得钢管件整体处于两个预制UHPC板之间；每个预制UHPC板上形成两个与耗能结构配合的半圆形槽；两个预制UHPC板与两个耗能结构组合形成预制板件。

进一步的改进，所述柱端钢构件和梁端钢构件的结构相同，均包括钢板，钢板的顶部和底部固定有U形架，钢板的中部固定有铰；预制板件放置在U形架上，柱端钢构件和梁端钢构件的铰相互铰接；预制板件与柱端钢构件和梁端钢构件之间的间隙浇筑有高强灌浆料。

进一步的改进，所述梁连接块和混凝土梁的端部均预埋有角钢和梁内纵筋，角钢与钢板相连；所述钢板上形成有供梁内纵筋穿过的梁纵筋孔；所述套筒和耗能钢棒的端部均形成有外螺纹；梁连接块的梁内纵筋穿过柱端钢构件的梁纵筋孔并通过螺纹套筒与套筒相连，混凝土梁的梁内纵筋穿过梁端钢构件的梁纵筋孔并通过螺纹套筒与耗能钢棒相连。

进一步的改进，所述弹性复位结构包括高强螺杆，高强螺杆一端连接有梁连接块，另一端穿过并滑动连接有第一限位钢板，且穿过梁端钢构件上的螺杆孔；第一限位钢板与梁端钢构件相连；高强螺杆上螺纹连接有高强螺母，高强螺母连接有第二限位钢板；第一限位钢板与第二限位钢板之间的高强螺杆上套设有碟簧。

进一步的改进，所述弹性复位结构包括高强螺杆，高强螺杆一端与梁连接块内的预埋螺杆通过螺纹套筒连接，另一端螺纹连接有高强螺母，高强螺母连接有第二限位钢板，第二限位钢板通过碟簧连接有第一限位钢板，第一限位钢板与梁端钢构件相连。

进一步的改进，所述混凝土柱穿过楼板，楼板处于混凝土梁上，混凝土柱与楼板之间开设有缝，柱端钢构件和梁端钢构件连接处对应的楼板开洞，开洞处填充有填充钢板。

本发明与现有方法相比，具有以下优点：

本结构具有低残余位移、自复位好、损伤控制集中和便于修复的优点。梁端铰接的存在可以将结构的损伤集中于上下两侧。传统的耗能钢筋因为其设置在混凝土内部，在梁端受损时，通常要凿除受损的混凝土，进而更换受损钢筋，这在修复上会造成困难和时间的浪费，而本技术中，耗能钢棒与梁内纵筋通过螺纹套筒连接，放置于预制UHPC块和钢管中，一旦耗能钢棒受损，可直接进行更换，修复效率大大提高。且UHPC与钢管的结合提高了抗压能力。经过套筒连接的耗能钢棒，实现了分区块耗能，耗能能力更强，而且避免了钢筋受压屈曲而导致钢筋里面有很大的残余应变，故有低残余位移的特点，因此如果要实现自复位的功能，所需要的自复位力就比较小，容易实现。弹性复位结构通过螺纹套筒连接，施工更加方便。本结构兼顾了梁柱节点自复位与耗能的要求，减少了传统节点位移大、耗能能力低的缺点，更换迅速，大大提高了其韧性能力。

附图说明

图1自复位可修复梁柱节点示意图；

图2为柱端钢构件示意图；

图3为梁端钢构件示意图；

图4为耗能钢棒示意图；

图5为套筒耗能钢棒组合示意图；

图6为限位钢片原理图；

图7为半圆钢管示意图；

图8为半圆钢管组合套筒示意图；

图9为预制UHPC板示意图；

图10为UHPC组合耗能钢棒示意图；

图11为柱预留纵筋示意图；

图12为梁预留纵筋示意图；

图13(a)为弹簧自复位装置实施例一示意图；

图13(b)为弹簧自复位装置实施例一示意图；

图14(a)为碟簧自复位装置实施例二示意图；

图14(b)为碟簧自复位装置实施例二示意图；

图15为浇高强灌浆料示意图；

图16为节点楼板组合立体示意图；

图17为节点楼板的俯视结构示意图。

其中，1为混凝土柱，2为混凝土梁，3为柱端钢构件，4为梁端钢构件，5为角钢，6为铰，7为梁纵筋孔，8为螺杆孔，9为焊钉，10为耗能钢棒，11为推环，12为限位凸环，13为限位钢片，14为套筒，15为钢管，16为螺纹套筒，161为梁内纵筋，17为预制UHPC板，18为高强螺杆，19为螺纹套筒，191为预埋螺杆，20为第一限位钢板，21为高强螺母，22为弹簧，221为碟簧，23为高强灌浆料，24为楼板，25为填充钢板，26为楼板与柱开缝，27为梁连接块，28为圆锥台部，29为缓冲部，30为圆锥台内壁，31为钢板，32为U形架，33为第二限位钢板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

本发明为一种高耗能高承载力自复位梁柱节点，可以实现地震作用后节点的自复位，减小残余变形，并方便更换损伤构件。梁端钢构件和柱端钢构件均预埋在混凝土内，预埋角钢与梁纵筋焊接，角钢上布置一定数量的焊钉，以增强钢构件与混凝土之间的锚固。梁端钢构件与柱端钢构件通过销轴连接，形成机械铰。机械铰的上下部分为两个U形架。U形架内用于支撑预制UHPC块，预制UHPC块由两块相同的UHPC板组成，且预制UHPC块开有两个相同的半圆柱形洞口，用螺杆将两根相同的半圆形钢管件连接，置于圆柱形洞口内，并且钢管件的长度比预制UHPC板的长度要短，保证受压时套筒与UHPC板接触受力，而不是与钢管接触受力。钢管内为一套筒，套筒与钢管存在间隙。耗能钢棒上沿长度方向形成有若干朝向相同的圆锥台部，圆锥台部的粗端延伸形成限位凸环，圆锥台部的细端延伸形成有缓冲部，缓冲部的中部固定有推环；圆锥台部外周安装有两个半环形的限位钢片，限位钢片内壁形成与圆锥台部外表面配合的圆锥台内壁。将限位钢片与耗能钢棒一并放入套筒内，其中限位钢片与套筒内壁接触面粗糙，套筒内预留一部分空间。当耗能钢棒受拉时，圆锥台部挤压限位钢片，限位钢片受套筒内壁摩檫力保持不动，受压时，推环将限位钢片推回，与圆锥台部接触。当再次受拉时，圆锥台部立即与限位钢片接触受力，即耗能钢棒不需要走过一段位移，可以直接受力耗能，如果耗能钢棒需要走过一段位移，在构件滞回曲线上将会有一段水平段，影响耗能能力。且多个推环通过调整耗能钢棒的的长度可以防止受压屈曲。因此，耗能钢棒可以应用到受拉和受压的范围，具有更强的耗能能力。耗能钢棒通过螺纹套筒与梁内纵筋连接，在另一端用螺纹套筒将耗能钢棒外的套筒与梁内的纵筋连接。在预制UHPC块与梁端钢构件、柱端钢构件的间隙浇筑高强灌浆料，将上下两块预制UHPC板、钢管和套筒连接成整体，当受压时，整体即可受力耗能，充分利用UHPC的高抗压能力。此种组合受拉时，耗能钢棒耗能，受压时，UHPC耗能，实现了分区块耗能。柱端钢构件和梁端钢构件腹板处设置弹性复位结构。弹性复位结构由高强螺杆、高强螺母、限位钢板和碟簧组成。高强螺杆通过螺纹套筒与梁内预埋螺杆连接，高强螺杆开有螺纹，且均套设有碟簧，碟簧两端套设有限位钢板，第二限位钢板内侧套有高强螺母。预埋螺杆的直径小于柱端钢构件上的螺杆孔的直径，高强螺杆的直径小于梁端钢构件和柱端钢构件上的螺杆孔的直径，限位钢板的开孔直径小于高强螺母的外径，小于碟簧内径。通过拧高强螺母，可以调节碟簧的预紧力，第一限位钢板在碟簧的作用力下顶紧梁端钢构件。当梁产生上下位移时，机械铰转动，此时碟簧发生变形，可以实现梁柱节点的自复位功能。考虑到楼板的作用，楼板与柱之间开设缝，并将节点上部楼板开洞，在开洞处填充一块钢板，并可以方便取出对受损构件进行更换。

安装步骤如下：

先将3柱端钢构件、4梁端钢构件上的5角钢与梁的纵筋焊接，浇筑混凝土成预制柱和预制梁。接着通过3柱端钢构件和4梁端钢构件的6铰进行铰接组成机械铰。接着将13限位钢片放置于10耗能钢棒的28圆锥台部处，保证28圆锥台部、13限位钢片和11推环接触在一起，将10耗能钢棒和13限位钢片放入14套筒内。将14套筒放置于15钢管件内，通过螺杆将上下两根15钢管件连接成整体，将其放置于17预制UHPC板的凹槽内。接着将10耗能钢棒通过16螺纹套筒与161梁内纵筋连接，将14套筒通过16螺纹套筒与161梁内纵筋连接，盖上另一块17预制UHPC板。在17预制UHPC板与3柱端钢构件和4梁端钢构件之间的间隙浇筑23高强灌浆料，将上下两块17预制UHPC板、15钢管件、14套筒连为整体。将21高强螺母拧入18高强螺杆内，将20第一限位钢板、33第二限位钢板和22弹簧（221碟簧）分别套在18高强螺杆上，将19螺纹套筒拧入18高强螺杆内，将18高强螺杆一端伸入4梁端钢构件的8螺杆孔内，接着将18高强螺杆通过19螺纹套筒与191梁内预埋螺杆连接，通过拧21高强螺母使22弹簧（221碟簧）顶紧20第一限位钢板和4梁端钢构件。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，混凝土柱（1）侧面凸起有梁连接块（27），梁连接块（27）连接有柱端钢构件（3），柱端钢构件（3）连接有梁端钢构件（4），梁端钢构件（4）连接有混凝土梁（2）；所述柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）结构相同，且中部铰接连接；柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）的铰接连接处的上方和下方均安装有耗能结构和弹性复位结构；所述耗能结构包括耗能钢棒（10），耗能钢棒（10）上沿长度方向形成有若干朝向相同的圆锥台部（28），圆锥台部（28）的粗端延伸形成限位凸环（12），圆锥台部（28）的细端延伸形成有缓冲部（29），缓冲部（29）的中部固定有推环（11）；圆锥台部（28）外周安装有两个半环形的限位钢片（13），限位钢片（13）内壁形成与圆锥台部（28）外表面配合的圆锥台内壁（30）；限位钢片（13）围合形成的钢管结构的外径大于限位凸环（12）以及推环（11）的外径；限位钢片（13）外套设有套筒（14），套筒（14）与限位钢片（13）紧密接触，且套筒（14）内壁与限位钢片（13）外表面粗糙处理；套筒（14）和耗能钢棒（10）一个与梁连接块（27）固定连接，另一个与混凝土梁（2）固定连接；所述弹性复位结构一端连接柱端钢构件（3），另一端连接梁端钢构件（4）。

2.如权利要求1所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述套筒（14）外还固定有钢管，所述钢管由两个半圆形的钢管件（15）通过螺栓连接形成。

3.如权利要求2所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述耗能结构处于两个预制UHPC板之间，且钢管件（15）的长度小于预制UHPC板的长度，使得钢管件（15）整体处于两个预制UHPC板之间；每个预制UHPC板上形成两个与耗能结构配合的半圆形槽；两个预制UHPC板与两个耗能结构组合形成预制板件。

4.如权利要求3所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）的结构相同，均包括钢板（31），钢板（31）的顶部和底部固定有U形架（32），钢板（31）的中部固定有铰（6）；预制板件放置在U形架（32）上，柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）的铰（6）相互铰接；预制板件与柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）之间的间隙浇筑有高强灌浆料（23）。

5.如权利要求4所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述梁连接块（27）和混凝土梁（2）的端部均预埋有角钢（5）和梁内纵筋（161），角钢（5）上布置一定数量的焊钉（9），角钢（5）与钢板（31）相连；所述钢板（31）上形成有供梁内纵筋（161）穿过的梁纵筋孔（7）；所述套筒（14）和耗能钢棒（10）的端部均形成有外螺纹；梁连接块（27）的梁内纵筋（161）穿过柱端钢构件（3）的梁纵筋孔（7）并通过螺纹套筒（16）与套筒（14）相连，混凝土梁（2）的梁内纵筋（161）穿过梁端钢构件（4）的梁纵筋孔（7）并通过螺纹套筒（16）与耗能钢棒（10）相连。

6.如权利要求1所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述弹性复位结构包括高强螺杆（18），高强螺杆（18）一端连接有梁连接块（27），另一端穿过并滑动连接有第一限位钢板（20），且穿过梁端钢构件（4）上的螺杆孔（8）；第一限位钢板（20）与梁端钢构件（4）相连；高强螺杆（18）上螺纹连接有高强螺母（21），高强螺母（21）连接有第二限位钢板（33）；第一限位钢板（20）与第二限位钢板（33）之间的高强螺杆（18）上套设有碟簧（221）。

7.如权利要求1所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述弹性复位结构包括高强螺杆（18），高强螺杆（18）一端与梁连接块（27）内的预埋螺杆（191）通过螺纹套筒（19）连接，另一端螺纹连接有高强螺母（21），高强螺母（21）连接有第二限位钢板（33），第二限位钢板（33）通过碟簧（221）连接有第一限位钢板（20），第一限位钢板（20）与梁端钢构件（4）相连。

8.如权利要求1所述的高耗能高承载力自复位梁柱节点，其特征在于，所述混凝土柱（1）穿过楼板（24），楼板（24）处于混凝土梁（2）上，混凝土柱（1）与楼板（24）之间开设有缝（26），柱端钢构件（3）和梁端钢构件（4）连接处对应的楼板开洞，开洞处填充有填充钢板（25）。

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