CN116065695A - 一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，所述梁柱结构包括：钢柱，设有两个，每个所述钢柱上均安装有金属阻尼器装置；钢梁，两端分别与两个所述金属阻尼器装置连接；后张拉预应力筋组件，两端分别与两个所述钢柱连接，若干个所述后张拉预应力筋组件沿所述钢梁的中心平面对称布置；金属阻尼器装置，安装在所述钢梁的梁端与所述钢柱之间；并且所述后张拉预应力筋组件安装完成后具有弹性势能；所述金属阻尼器装置用于消耗所述梁柱结构的震动能量。采用L型连接板连接钢柱和钢梁，钢结构梁柱节点的连接全部采用螺栓连接，避免了焊接连接对结构造成的初始缺陷以及巨大的工作量，最大化体现了装配式建筑的建造效率。

Description

一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是装配式钢结构梁柱节点，具体而言，涉及一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构。

背景技术

装配式建筑是目前建筑领域解决经济发展和资源消耗之间矛盾的重要措施。钢结构是装配式建筑结构中最重要的结构形式。钢结构框架是运用最多的钢结构形式，尤其是在高层、大跨的建筑中。在钢框架中，梁柱节点的构造和受力形式，是钢框架能否保证整体性、安全性以及适用性的关键。

建筑结构的性能化设计将会得到越来越大的重视以及推广。性能化设计的一个很重要的措施即能使得建筑结构在不同的地震等级下具有全周期分级耗能的能力，从而做到小震不坏，中震可修以及大震不倒的抗震设防目标。同时对于装配式钢结构建筑，要尽量做到在地震后可更换、可修复，以降低结构的使用成本，延长结构的使用寿命。

目前装配式钢结构建筑或者不具有全周期分级耗能的设计构造，或者分阶段耗能特性难以真正达到针对不同地震作用的分阶段耗能能力，在地震中难以达到强柱弱梁的抗震设防要求，地震后难以修复，甚至不能再继续使用。因此有必要对现有结构进行改进，以满足结构使用要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，在结构形式上由全螺栓装配，在节点连接构造上能够实现全周期分级耗能的目的。

为实现上述目的，本发明的全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构具体是这样实现的：

一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，所述梁柱结构包括：

钢柱，设有两个，每个所述钢柱上均安装有金属阻尼器装置；

钢梁，两端分别与两个所述金属阻尼器装置连接；

后张拉预应力筋组件，两端分别与两个所述钢柱连接，若干个所述后张拉预应力筋组件沿所述钢梁的中心平面对称布置；

金属阻尼器装置，安装在所述钢梁的梁端与所述钢柱之间；并且

所述后张拉预应力筋组件安装完成后具有弹性势能；

所述金属阻尼器装置用于消耗所述梁柱结构的震动能量。

进一步地，所述钢梁两端均设有端板A，端板A通过连接板与所述钢柱连接，所述连接板和/或所述钢梁上对应开设有扩孔，所述连接板与所述钢梁通过螺栓穿过所述扩孔连接。

进一步地，所述钢柱上开设有锚固孔，所述后张拉预应力筋组件的两端插在所述锚固孔内。

进一步地，所述金属阻尼器装置包括平行对称的两个端板B以及夹持在两个所述端板B之间的普通低碳钢盖板、橡胶板、低屈服点钢剪切耗能板；两个所述端板B中的一个与所述钢柱固定连接，另一个端板B与所述钢梁固定连接。

进一步地，所述低屈服点钢剪切耗能板与两个所述端板B垂直并固定连接在端板B的中心，所述低屈服点钢剪切耗能板的两侧均依次设置有至少两个所述橡胶板以及至少两个所述普通低碳钢盖板，所述普通低碳钢盖板、橡胶板、低屈服点钢剪切耗能板通过连接螺栓连接固定。

进一步地，所述低屈服点钢剪切耗能板，呈梯状结构，其内部设有若干个均匀分布的开口，包括端部连接段、连接两侧端部连接段以及若干个单肢耗能板，相邻单肢耗能板之间设有开口。

进一步地，所述单肢耗能板的形状呈两个对称的梯形。

进一步地，所述金属阻尼器装置还包括单肢弯曲耗能板，若干个所述单肢弯曲耗能板沿所述普通低碳钢盖板上下均匀分布，所述单肢弯曲耗能板两端与所述端板B固定连接。

进一步地，所述单肢弯曲耗能板的形状呈两个对称的直角三角形。

进一步地，所述钢梁的翼缘上设有若干个凹槽。

进一步地，所述后张拉预应力筋组件包括预应力筋、端部锚具以及预应力筋套管，所述预应力筋插设在所述预应力筋套管内，所述预应力筋套管的两端均设有端部锚具。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

本发明提供的一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，设计一种便于装配以及拆卸的装配式钢结构梁柱节点，设计一种新型的带橡胶板的金属阻尼器，提出采用预应力筋、带橡胶板金属阻尼器、扩孔螺栓以及钢梁的狗骨式翼缘构造来全周期分级耗能的设计理念。具体而言，至少能够实现以下一种或多种有益效果：

1、采用L型连接板连接钢柱和钢梁，钢结构梁柱节点的连接全部采用螺栓连接，避免了焊接连接对结构造成的初始缺陷以及巨大的工作量，最大化体现了装配式建筑的建造效率。

2、钢柱之间采用后张拉预应力筋，预应力提供初始刚度，其目的是保证钢柱和钢梁在小震时能够保证弹性状态，预应力筋的张拉强度可以根据在弹性位移角下钢梁所承受的荷载确定。

3、梁柱之间加入带橡胶板金属阻尼器，能够提供小震及中震时的耗能，且金属阻尼器经过特殊设计，结构形状合理，能够提供较好的抗面外屈曲和承载能力，能够减小结构的地震响应，能够保证消耗地震时结构承受剪切和弯曲作用。

4、L型连接板和钢梁之间的连接采用扩孔螺栓实现，能够保证在中震及大震作用下，钢梁和L型连接板之间能够产生相对滑移，既能够消耗地震输入的能量，又能够保证L型连接板和钢梁端部之间不产生损伤。

5、后张拉预应力筋、金属阻尼器及扩孔螺栓的使用，在小震及中震作用下结构的塑性变形很小或者几乎没有塑性变形，可以保证梁柱节点的可更换性。

6、钢梁在远离节点附近区域采用狗骨式翼缘削弱构造方式，其目的是在大震及巨震作用下，钢梁的塑性铰能够出现在削弱部位，靠结构自身的塑性变形来消耗地震能量，进而避免节点区域以及柱端出现塑性变形，达到强柱弱梁的抗震设防要求。

7、通过全周期、分阶段的耗能设计理念，对于不同的震级作用有相应的耗能构件参与主要耗能，避免传统抗震设计中单一耗能构件安全储备不足，或不加区分的多构件同时参与耗能的过于保守，造成设计浪费。

应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1示例性示出一种较佳实施方式的梁柱结构整体示意图；

图2示例性示出一种较佳实施方式的L型连接板结构示意图；

图3示例性示出一种较佳实施方式的钢梁结构示意图；

图4示例性示出一种较佳实施方式的扩孔螺栓结构示意图；

图5示例性示出一种较佳实施方式的钢柱结构示意图；

图6示例性示出一种较佳实施方式的预应力筋结构示意图；

图7示例性示出一种较佳实施方式的金属阻尼器整体爆炸结构示意图；

图8示例性示出一种较佳实施方式的金属阻尼器整体俯视结构示意图；

图9示例性示出一种较佳实施方式的低屈服点钢剪切耗能板结构示意图；

图10示例性示出一种较佳实施方式的普通低碳钢盖板和橡胶板结构示意图；

图11示例性示出一种较佳实施方式的单肢弯曲耗能板结构示意图；

图12示例性示出一种较佳实施方式的梁端构造示意图。

图中标记：

1-钢柱，11-螺栓孔，12-锚固孔，13-加劲板A；

2-钢梁，21-扩孔A，22-加劲板B，23-狗骨式翼缘，24-端板A；

3-后张拉预应力筋组件，31-预应力筋，32-端部锚具，33-预应力筋套管；

4-金属阻尼器，41-端板B，411-螺栓孔B，42-普通低碳钢盖板，43-橡胶板，44-低屈服点钢剪切耗能板，441-端部连接段，442-单肢耗能板，443-开口，444-螺栓孔C，45-连接螺栓，46-单肢弯曲耗能板，461-端面，462-侧面；

5-连接板，51-扩孔B，52-螺栓孔D，53-加劲板；

6-扩孔螺栓，61-垫片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是任意合适的设置方式，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”等指示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、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为解决现有技术存在的问题，本发明设计一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，梁柱节点由全螺栓装配，现场施工方便，施工可操作性强，后张拉预应力筋的加入保证钢结构梁柱节点的初始刚度，其目的是保证钢柱和钢梁在小震时能够保证弹性状态，其张拉的预拉力满足结构非抗震设计时的正常使用要求；梁柱之间加入金属阻尼器，能够提供小震及中震时的耗能；梁柱通过扩孔螺栓连接，与金属阻尼器共同作用，在小震及中震时确保塑性变形很小或者几乎无塑性变形，方便钢梁的可更换，在遭遇中震及大震时，通过扩孔螺栓的滑移消耗地震能量，提供中震及大震时的耗能；在大震及罕遇巨震情况下，此时就要靠结构自身的塑性变形来消耗地震能量，因此在钢梁端部附近区域采用狗骨式翼缘削弱构造在大震及巨震时消耗能量，确保钢梁在大震及巨震作用下塑性铰能够出现在翼缘削弱处，避免在柱端和节点区域产生塑性变形，从而达到强柱弱梁的抗震设防要求。通过全周期、分阶段的耗能设计理念，对于不同的震级作用有相应的耗能构件参与主要耗能，避免传统抗震设计中单一耗能构件安全储备不足，或不加区分的多构件同时参与耗能的过于保守，造成设计浪费。

以下结合较佳的实施方式和具体示图对本发明的实现进行详细阐述。

参见图1，图1是根据本发明一些实施例的梁柱结构整体示意图，所述梁柱结构包括：

钢柱1，设有两个，每个所述钢柱1上均安装有金属阻尼器4；

钢梁2，两端分别与两个所述金属阻尼器4连接；

后张拉预应力筋组件3，两端分别与两个所述钢柱1连接，若干个所述后张拉预应力筋组件3沿所述钢梁2的中心平面对称布置；

金属阻尼器4，安装在所述钢梁2的梁端与所述钢柱1之间；并且

所述后张拉预应力筋组件3安装完成后具有弹性势能；

所述金属阻尼器4用于消耗所述梁柱结构的震动能量。

下面进行进一步说明：

钢柱1作为整个梁柱结构的竖向支撑构件，钢柱1的截面形式本发明并不做严格限定，本领域普通技术人员能够预见的常用钢柱1形式均可，但是为了便于与钢梁2连接以及后续安装预应力筋和阻尼器，本发明优选采用H型钢柱，通过其翼缘侧面与钢梁2连接固定。钢梁2两端与钢柱1通过扩孔螺栓连接；同理，钢梁2的截面形式本发明并不做严格限定，但优选采用H型钢梁，H型钢梁的梁端与H型钢柱的翼缘侧面通过扩孔螺栓6连接。

在一些实施例中，参见图2至图4，钢梁2两端与钢柱1通过扩孔螺栓6连接是这样实现的，在钢梁2的梁端通过一连接板5与钢柱1连接，连接板5上开设有沿钢梁2轴向的扩孔B51，或者钢梁2上开设有沿钢梁2轴向的扩孔A21，或者连接板5和钢梁2上都开设有扩孔(包括扩孔A以及扩孔B)，所述扩孔为长形孔，长形沿两个钢柱1的连线延伸，扩孔螺栓6穿过扩孔与螺母连接，并且螺母处还设有贴合并覆盖扩孔的垫片61。通过采用扩孔螺栓连接钢梁与钢柱，方便梁柱的现场快速装配，在小震及中震时确保塑性变形很小或者几乎无塑性变形，在遭遇大震时，通过扩孔螺栓的滑移使得梁柱之间能够沿钢梁轴向产生一定量的相对滑移变形，消耗地震能量，提供中震及大震时的耗能，地震后也方便钢梁的可更换。

另外，容易理解，钢梁2的上下翼缘与腹板之间焊接有多块加劲板B22，多块加劲板B22沿钢梁腹板的纵向均匀间隔布置，以增强钢梁刚度和稳定性，尤其是对于节点附近区域采用了狗骨式翼缘23而造成的削弱作用尤其重要。

继续参见图1并结合图2，在一些实施例中，连接板5为一L型连接板，L型的一侧与钢柱1连接，L型的另一侧开设扩孔B51并与钢梁2连接。L型结构的连接板便于与H型钢柱的翼缘侧面以及H型钢梁的上翼缘表面连接固定。

具体的，L型连接板5在钢柱的一侧开设有多个螺栓孔D52，相应的在钢柱1的翼缘侧面开设有螺栓孔A11，如图5所示，借助螺栓将L型连接板5与钢柱1连接固定，而L型连接板5在钢梁的一侧借助螺栓和扩孔与钢梁2连接。

较佳的，L型连接板5的一侧与另一侧之间焊接或一体成型有加劲板53，以增强L型连接板5的强度和刚度。加劲板53例如可包括中间的一块主加劲板，或者对称分布在主加劲板两侧的多个副加劲板，这种情况下扩孔B51对称分布在主加劲板的两侧，例如每侧开设有3至6个，相应的钢梁2上的扩孔A21开设在上翼缘上，并沿腹板两侧对称分布，如此能够便于螺栓安装以及提供对称的受力。

继续参见图1并结合图6，梁柱结构包括后张拉预应力筋组件3，其沿钢梁2的轴向对称布置在钢梁2的左右两侧，并且两端与钢柱1连接；对于H型钢梁，后张拉预应力筋组件3在钢梁2的左右两侧沿上下翼缘的内表面边缘呈上下左右对称布置，以提供对称的后张拉预应力，保证钢结构梁柱节点的初始刚度，保证钢柱和钢梁在小震时能够保证弹性状态，其张拉的预拉力应满足结构非抗震设计时的正常使用要求。

再参见图5，H型钢柱1的翼缘上对应开设有锚固孔12，具体可在翼缘的左右两侧对称开设有四个，与H型钢梁上下左右的预应力筋对应，预应力筋穿过锚固孔12锚固固定在钢柱1上。

容易理解，在梁柱连接的节点区域钢柱由于开孔而削弱，在节点附近区域，钢柱1的两翼缘之间焊接多块加劲板A13，以增强该区域的强度。

在一些实施例中，参见图6，后张拉预应力筋组件3包括多根预应力筋31，预应力筋31带有端部锚具32和预应力筋套管33，预应力筋31外事先套设预应力筋套管33以阻止受到外部环境的侵蚀，预应力筋31穿过钢柱1上的锚固孔12后由端部锚具32锁定，根据设计要求施加初始预应力。

再参见图1，梁柱结构包括金属阻尼器4，其连接在钢梁2的梁端与钢柱1之间；梁柱之间加入金属阻尼器阻尼器4，能够提供小震及中震时的耗能。

在一些实施例中，如图7所示，本发明提供一种金属阻尼器4，包括竖向平行对称的两端板B41以及夹持在两端板B41之间的普通低碳钢盖板42、橡胶板43、低屈服点钢剪切耗能板44。由两端板B41以及夹持在中间的普通低碳钢盖板42、橡胶板43、低屈服点钢剪切耗能板44共同组成金属阻尼器4，至少能提供节点处的剪切耗能。

具体的，端板B41上开设有螺栓孔B411，例如在端板B41的四角开设四个，其中一端板B41与钢柱1翼缘上的螺栓孔A11对应并通过螺栓连接固定，另一端板B41与钢梁2端部连接固定，如图12所示，通过在原先钢梁的基础上焊接端板A24，端板A24上对应开设有螺栓孔，用于与金属阻尼器4的端板B41连接固定。通过在梁端焊接端板，便于与阻尼器连接，同时也使得其他形式的梁截面同样适用于本发明。

在一些实施例中，继续参见图7并结合图8，低屈服点钢剪切耗能板44与两端板B41垂直并焊接固定在端板B41的中心，两块橡胶板43分别从两侧贴附于低屈服点钢剪切耗能板44上，两块普通低碳钢盖板42分别从两侧贴附于两个橡胶板43的外侧，普通低碳钢盖板42、橡胶板43、低屈服点钢剪切耗能板44由外向内的方式依次布置，并通过连接螺栓45连接固定。需要说明的是，普通低碳钢盖板42和橡胶板43并不限于一块，根据需要，可在低屈服点钢剪切耗能板44的两侧顺次贴附多块，例如两侧各安装两块普通低碳钢盖板42和两块橡胶板43，并且普通低碳钢盖板42和橡胶板43可以间隔安装，也可以集中安装，即普通低碳钢盖板42-橡胶板43-普通低碳钢盖板42-橡胶板43，或者两块普通低碳钢盖板42-两块橡胶板43。

通过上述结构设计可知，两个橡胶板分别贴附于低屈服点钢剪切耗能板的两侧，通过连接螺栓与低屈服点钢剪切耗能板进行连接。通过加入橡胶板，一是可以提高低屈服点钢剪切耗能板的面外屈曲，提高阻尼器的承载能力，二是加入橡胶板后，阻尼器的粘性阻尼系数可以明显增加，能够有效增加结构的地震周期，减小结构的地震响应。两个普通低碳钢盖板贴附于两个橡胶板外，通过连接螺栓和两个橡胶板以及低屈服点钢剪切耗能板进行连接，其中普通低碳钢盖板与阻尼器的端板并不连接，只是起到对低屈服点钢剪切耗能板和橡胶板的面外约束的作用。

在一些实施例中，参见图9，低屈服点钢剪切耗能板44为梯子状结构，包括两侧的端部连接段441和连接两侧端部连接段441的单肢耗能板442，相邻单肢耗能板442之间由开口443间隔。端部连接段441上均匀间隔预留有螺栓孔C444。组装时，端部连接段441焊接在端板B41上，螺栓孔C444用来穿过连接螺栓45从而连接普通低碳钢盖板42和橡胶板43。通过设计梯子状耗能板结构，其中包含多个类似于梯级的单肢耗能板442，在梁柱之间发生位移或变形时能够充分吸收剪切作用的能量而产生变形，最大限度地参与耗能，同时能减轻结构自重，增大截面利用率。

较佳的，单肢耗能板442设计为哑铃状，即，两个对称的梯形构成的形状。需要说明，所谓的哑铃状并不能理解为严格的哑铃状，或者称为类哑铃状，即两端对称，且截面尺寸大于中部截面尺寸，例如两端为梯形体，中间为矩形体。通过设计为哑铃状，这是根据金属板在受到剪切作用时拉力带的分布而做出的优化，这种形状的耗能板更能够充分吸收剪切作用的能量而产生变形，同时能减轻结构自重，增大截面利用率。

此外，继续参见图8、图10，普通低碳钢盖板42和橡胶板43的形状与低屈服点钢剪切耗能板44一致，三者均为矩形结构，且为较长的矩形结构，普通低碳钢盖板42和橡胶板43上的边缘也对应开设有螺栓孔。低屈服点钢剪切耗能板44左右两边与端板B41焊接固定，普通低碳钢盖板42和橡胶板43只是用连接螺栓45连接在低屈服点钢剪切耗能板44上，左右两边与端板B41不连接，只起到约束作用，例如普通低碳钢盖板42和橡胶板43与低屈服点钢剪切耗能板44宽度相同，左右两边可以紧贴端板B41，也可以比低屈服点钢剪切耗能板44的宽度稍小，与端板B41间隔一较小的间隙，能起到约束作用即可。

在一些实施例中，继续参见图7、图8并结合图11，金属阻尼器4还包括单肢弯曲耗能板46，单肢弯曲耗能板46以上下阵列的方式排布于两个普通低碳钢盖板42的外侧，即在普通低碳钢盖板42的外侧沿高度方向上均匀排布有多个，单肢弯曲耗能板46的长度与两端板B41之间的距离一致，两端的端面461与端板B41焊接固定，横向的侧面462与普通低碳钢盖板42不连接。通过增设单肢弯曲耗能板，一方面能够对阻尼器的低屈服点钢剪切耗能板44提供面外支持，另一方面当阻尼器和梁端受到沿钢梁横截面方向的地震作用时能够起到消耗弯曲能量的作用。单肢弯曲耗能板46和低屈服点钢剪切耗能板44的联合使用，能够保证阻尼器能够同时消耗地震时结构承受的剪切和弯曲作用。

较佳的，单肢弯曲耗能板46为半哑铃状，即类似于单肢耗能板442沿纵向剖开后一半的形式，但单肢弯曲耗能板46厚度可以做的更薄，宽度更宽，以满足弯曲耗能的要求。

对于半哑铃状结构，弯曲的开口朝向外侧，即远离普通低碳钢盖板42的方向，在两侧对称布置，以满足安装和耗能的要求。

在一些实施例中，继续参见图3，钢梁2在远离节点附近区域采用狗骨式翼缘23，即在节点附近区域对钢梁翼缘的边缘对称开设狗骨式缺口而形成。通过在远离节点附近区域采用狗骨式翼缘削弱构造的方式，其目的是在大震或罕遇巨震作用下，钢梁的塑性铰能够出现在削弱部位，即靠结构自身的塑性变形来消耗地震能量，进而避免节点区域以及柱端出现塑性变形，达到强柱弱梁的抗震设防要求。

通过本发明以上较佳实施例的详细阐述可知，本发明提出预应力筋、金属阻尼器、扩孔螺栓以及钢梁的狗骨式翼缘构造来全周期分级耗能的设计方法，预应力可以提供初始刚度，其目的是保证钢柱和钢梁在小震时能够保证弹性状态；阻尼器可以消耗小震以及中震的能量，扩孔螺栓可以在中震以及大震时消耗能量，狗骨式翼缘构造能够在大震以及罕遇巨震时消耗能量。在预应力筋、金属阻尼器以及扩孔螺栓的共同作用下，在面对中小震作用时，通过这几种耗能装置的组合完全可以做到结构的塑性变形很小或者几乎没有塑性变形，在震后可修复、可更换，只需适当进行修复或更换局部构件或零部件即可，延长了结构的生命周期，降低了建造和使用成本。通过全周期、分阶段的耗能设计理念，对于不同的震级作用有相应的耗能构件参与主要耗能，避免传统抗震设计中单一耗能构件安全储备不足，或不加区分的多构件同时参与耗能的过于保守，造成设计浪费。

需要说明，所谓的分级/分阶段耗能，并不是严格的某一个构件就只在特定震级下工作，也并不是在某一特定震级作用下就只有某一个构件参与耗能，通常情况下是协同工作的，只是在进行抗震设计时，对于响应的构件而言，某个构件在某个震级下主要发生变形和起到主要的耗能作用。例如在小震作用下，预应力筋能够保证钢柱和钢梁处于弹性工作状态，同时金属阻尼器也参与耗能，在中震作用下，扩孔螺栓参与耗能，但并不意味着金属阻尼器退出工作，而是同样参与提供抗剪切和弯曲耗能，只是此时扩孔螺栓将会发挥主要作用，在大震作用下，钢梁的狗骨式翼缘构造参与耗能，但扩孔螺栓也并不会完全退出工作，只是此时不再由扩孔螺栓承担主要作用，在罕遇巨震时，此时依靠钢梁的狗骨式翼缘构造来耗能，即靠结构自身的塑性变形来消耗地震能量，确保钢梁的塑性铰能够出现在削弱部位，进而避免节点区域以及柱端出现塑性变形，达到强柱弱梁的抗震设防要求。

容易理解，各构件何时达到其耗能时机，这取决于各构件的截面尺寸、设计强度等，截面尺寸、设计强度由设计要求、安全系数以及抗震设防烈度等因素综合确定，本发明不做详细讨论。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种全周期分级耗能的装配式型钢梁柱结构，其特征在于，所述梁柱结构包括：

钢柱(1)，设有两个，每个所述钢柱(1)上均安装有金属阻尼器装置(4)；

钢梁(2)，两端分别与两个所述金属阻尼器装置(4)连接；

后张拉预应力筋组件(3)，两端分别与两个所述钢柱(1)连接，若干个所述后张拉预应力筋组件(3)沿所述钢梁(2)的中心平面对称布置；

金属阻尼器装置(4)，安装在所述钢梁(2)的梁端与所述钢柱(1)之间；并且

所述后张拉预应力筋组件(3)安装完成后具有弹性势能；

所述金属阻尼器装置(4)用于消耗所述梁柱结构的震动能量。

2.根据权利要求1所述的梁柱结构，其特征在于：

所述钢梁(2)两端均设有端板A(24)，端板A(24)通过连接板(5)与所述钢柱(1)连接，所述连接板(5)和/或所述钢梁(2)上对应开设有扩孔，所述连接板(5)与所述钢梁(2)通过螺栓穿过所述扩孔连接。

3.根据权利要求1所述的梁柱结构，其特征在于：

所述钢柱(1)上开设有锚固孔(12)，所述后张拉预应力筋组件(3)的两端插在所述锚固孔(12)内。

4.根据权利要求1所述的梁柱结构，其特征在于：

所述金属阻尼器装置(4)包括平行对称的两个端板B(41)以及夹持在两个所述端板B(41)之间的普通低碳钢盖板(42)、橡胶板(43)、低屈服点钢剪切耗能板(44)；两个所述端板B(41)中的一个与所述钢柱(1)固定连接，另一个端板B(41)与所述钢梁(2)固定连接。

5.根据权利要求4所述的梁柱结构，其特征在于：

所述低屈服点钢剪切耗能板(44)与两个所述端板B(41)垂直并固定连接在端板B(41)的中心，所述低屈服点钢剪切耗能板(44)的两侧均依次设置有至少两个所述橡胶板(43)以及至少两个所述普通低碳钢盖板(42)，所述普通低碳钢盖板(42)、橡胶板(43)、低屈服点钢剪切耗能板(44)通过连接螺栓(45)连接固定。

6.根据权利要求4所述的梁柱结构，其特征在于：

所述低屈服点钢剪切耗能板(44)，呈梯状结构，其内部设有若干个均匀分布的开口(443)，包括端部连接段(441)、连接两侧端部连接段(441)以及若干个单肢耗能板(442)，相邻单肢耗能板(442)之间设有开口(443)。

7.根据权利要求6所述的梁柱结构，其特征在于：

所述单肢耗能板(442)的形状呈两个对称的梯形。

8.根据权利要求4所述的梁柱结构，其特征在于：

所述金属阻尼器装置(4)还包括单肢弯曲耗能板(46)，若干个所述单肢弯曲耗能板(46)沿所述普通低碳钢盖板(42)上下均匀分布，所述单肢弯曲耗能板(46)两端与所述端板B(41)固定连接。

9.根据权利要求8所述的梁柱结构，其特征在于：

所述单肢弯曲耗能板(46)的形状呈两个对称的直角三角形。

10.根据权利要求1所述的梁柱结构，其特征在于：

所述钢梁(2)的翼缘上设有若干个凹槽(23)。

11.根据权利要求1-10任一所述的梁柱结构，其特征在于：

所述后张拉预应力筋组件(3)包括预应力筋(31)、端部锚具(32)以及预应力筋套管(33)，所述预应力筋(31)插设在所述预应力筋套管(33)内，所述预应力筋套管(33)的两端均设有端部锚具(32)。

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