CN204753814U - 一种自复位钢筋混凝土框架节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及结构建筑技术领域，尤其涉及一种自复位钢筋混凝土框架节点。该框架节点包括框架柱、悬壁梁、框架梁和预应力筋，悬壁梁从框架柱的本体内伸出，框架梁的端部搭接在悬壁梁的伸出端上，且框架梁的端部与悬壁梁伸出端的形状相匹配的异型结构，预应力筋水平穿过框架梁和悬壁梁，在突发特大地震等极端条件时，即使预应力筋遭到破坏，悬臂梁可以起到临时支撑梁的作用，减少损失，提高节点可靠性，框架梁的端部与悬壁梁伸出端为形状相匹配的异型结构，在框架梁与悬壁梁开合角度相同的情况下，使预应力筋的力臂更长，提高了自复位钢筋混凝土框架节点的复位能力，且在装配框架梁时，不用搭建临时支撑架，有效控制结构的施工难度与成本。

Description

一种自复位钢筋混凝土框架节点

技术领域

本实用新型涉建筑技术领域，尤其涉及一种自复位钢筋混凝土框架节点。

背景技术

随着城市化进程的不断加快，建筑业需要进一步强化标准化与工业化生产，实现建筑产业的升级转型。基于生产效率高、产品质量易于保障，尤其是可以改善劳动条件、减小环境影响的特点，预制装配式钢筋混凝土框架结构已成为未来建筑业发展的一个重要方向。

众所周知，地震灾害往往对建筑结构产生致使的影响，而预制装配式框架结构的薄弱环节在于装配式节点的整体性与耗能能力。近年来，可恢复功能结构作为一种新型的减震控制结构，引起了工程师和研究者们的广泛关注。它不仅能在地震发生时保护人们的生命财产安全，也有助于震后修复，尽快恢复正常生产生活，是结构抗震设计的一个理想的新方向；同时，结构抗震性能的结构构件可更换性研究工作是当前工程结构抗震与减震领域中的研究重点，即有意识地在结构中设置一些薄弱部位，利用薄弱部位次要构件的非线性变形来消耗地震能量，保护主要构件的安全，震后可以更换已经损坏的次要构件。

目前既有的自复位钢筋混凝土框架主要有：内置部分无粘结低碳钢筋的自复位钢筋混凝土框架，此自复位钢筋混凝土框架在梁柱节点和底柱柱根中使用内置式低碳钢筋耗散地震能量。通过在梁端与柱端预留孔洞，后置低碳钢筋并进行部分灌浆(节点界面处无粘结处理)，实现节点张合过程中低碳钢屈服耗能。这种节点形式具有良好的耗能能力与复位能力，但不足之处在于耗能元件的安装过程较为复杂，同时震后耗能元件的更换较为不便。

外置低碳钢的自复位钢筋混凝土框架，为了提高节点耗能元件的可更换性，将低碳钢材外置于节点变形区域。在钢框架梁柱节点设置角钢作为耗能元件，通过角钢的拉屈与压屈耗散地震能量，同时下部角钢还可作为临时支撑提供竖向抗剪能力。

上述自复位钢筋混凝土框架耗能节点在形式上各有不同，由这些节点连接组成的框架结构却有着相同的耗能模式，如果不考虑构件的弹性变形，即界面张合过程中视梁柱为刚体，并忽略结构自身阻尼耗散的能量，那么在正向加载阶段，输入到结构的地震能量最终转化为预应力筋的弹性变形能和消能元件的正向耗能，在反向卸载阶段，预应力筋中的弹性变形能释放，转化为消能元件的反向耗能与结构的动能(如果复位时速度大于零)。因此，结构在卸载后构件界面能完全闭合的必要条件是加载阶段预应力筋存储的弹性变形能大于消能元件的反向复位耗能。

由此可见，既有自复位钢筋混凝土框架节点的自复位能力取决于预应力筋弹性储能能力与消能元件复位耗能能力的相对关系，因此，在增加结构耗能的同时应同时增强预应力筋储存的弹性变形能，以利于提高结构的自复位能力。

而且，在火灾、爆炸和剧烈地震等极端条件下，或长期的锈蚀作用下，上述自复位钢筋混凝土框架的预应力筋会导致自复位能力不足，甚至会因无法承受剪力造成结构的竖向垮塌，且上述或传统的自复位钢筋混凝土框架是将框架梁通过角钢、预应力筋等耗能连接件直接固定在框架柱上，在耗能连接件无法承受剪力时易造成垮塌，且在装配梁柱时还需要搭建临时支撑，会造成不必要的成本浪费。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是克服既有自复位钢筋混凝土框架节点在极端条件下结构稳定性不足的缺陷，提高了自复位钢筋混凝土框架节点的可靠性，并提高自复位钢筋混凝土框架节点的复位能力，有效控制结构的施工难度与成本。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自复位钢筋混凝土框架节点，包括框架柱、悬壁梁、框架梁和预应力筋，所述悬壁梁从所述框架柱本体内伸出，且伸出端为台阶状，所述框架梁的端部搭接在所述悬壁梁的伸出端上，且所述框架梁的端部与所述悬壁梁的伸出端的形状相匹配，所述框架梁和所述悬壁梁通过所述预应力筋连接。

优选地，所述悬壁梁伸出端的下部台阶伸出，所述框架梁端部的上部台阶搭接在所述悬壁梁伸出端的下部台阶上。

优选地，所述框架梁和所述悬壁梁通过四根预应力筋连接，其中两根预应力筋穿过所述框架梁和所述悬壁梁的上部台阶，另外两根预应力筋穿过所述框架梁和所述悬壁梁的下部台阶。

优选地，所述框架梁端部和所述悬壁梁上均包覆有钢板。

优选地，所述框架梁与所述悬壁梁结合部位的两侧分别设有第一摩擦板，所述第一摩擦板与包覆在所述框架梁端部和所述悬壁梁上的钢板贴合，且所述第一摩擦板的一端与所述悬壁梁连接，另一端与所述框架梁连接；

其中，所述第一摩擦板的一端为滑动端，另一端为固定端，所述滑动端预设有用于穿设螺钉的第一通孔，与所述滑动端贴合的钢板上预设有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔对应设置，且所述第一通孔大于第二通孔。

优选地，所述第一摩擦板内嵌有铜板，且所述铜板与所述钢板贴合接触。

优选地，所述铜板内嵌在所述滑动端。

优选地，在所述框架梁与所述悬壁梁结合部位的一侧至少设有两个第一摩擦板。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的自复位钢筋混凝土框架节点，包括框架柱、悬壁梁、框架梁和预应力筋，悬壁梁从框架柱的本体内伸出，框架梁的端部搭接在悬壁梁的伸出端上，且框架梁的端部与悬壁梁伸出端的形状相匹配的异型结构，预应力筋水平穿过框架梁和悬壁梁，在突发特大地震等极端条件时，即使预应力筋遭到破坏，悬臂梁可以起到临时支撑梁的作用，减少损失，提高了自复位钢筋混凝土框架节点的可靠性，框架梁的端部与悬壁梁伸出端的形状相匹配的异型结构，在框架梁与悬壁梁开合角度相同的情况下，预应力筋的伸长量和力臂更长，从而产生更大的复位弯矩，提高了自复位钢筋混凝土框架节点的复位能力，且在装配框架梁时，不用搭建临时支撑架，有效控制结构的施工难度与成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例自复位钢筋混凝土框架节点结构示意图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是本实用新型实施例自复位钢筋混凝土框架节点另一角度的结构示意图；

图4是本实用新型实施例自复位钢筋混凝土框架节点的框架柱和悬臂梁的结构示意图；

图5是本实用新型实施例框架梁的结构示意图；

图6是本实用新型实施例第一摩擦板结构示意图；

图7是本实用新型实施例第一摩擦板另一侧的结构示意图；

图8是本实用新型实施例自复位钢筋混凝土框架节点的框架梁向下运动的状态示意图；

图9是本实用新型实施例自复位钢筋混凝土框架节点的框架梁向上运动的状态示意图。

图中：1：框架柱；2：悬壁梁；3：框架梁；4：钢板；5：第一摩擦板；51：铜板；52：固定端；53：滑动端；6：垫片；7：预应力筋；8：螺钉；9：力臂。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图3、图4和图5所示，本实用新型实施例提供的自复位钢筋混凝土框架节点，包括框架柱1、悬壁梁2、框架梁4和预应力筋7，该悬壁梁2从框架柱1的本体内伸出，其伸出端为台阶状，所述框架梁3的端部搭接在悬壁梁2的伸出端上，且框架梁3的端部与悬壁梁2伸出端的形状相匹配，即框架梁3与悬壁梁2的台阶状伸出端搭接，框架梁3与悬壁梁2的上下表面齐平，悬壁梁2的伸出端的下部台阶伸出，框架梁3端部的上部台阶搭接在悬壁梁2伸出端的下部台阶上，使悬壁梁2对框架梁3形成有效的支撑，预应力筋7穿过框架梁3和悬壁梁2上预设的预应力筋孔，将框架梁3和悬壁梁2连接，为了储存更多的复位能量，提高复位速度及效果，优选地，如图2和图3所示，在框架梁3和悬壁梁2上设置四根预应力筋7，其中，两根预应力筋7穿过悬壁梁2的上部台阶，另外两根预应力筋7穿过框架梁3和悬壁梁2的下部台阶，使框架节点抗剪能力更强，并在复位阶段拥有更强的复位能力。

为了增加框架梁3和悬壁梁2的强度，防止在预应力较大时，预应力筋7破坏框架梁3和悬壁梁2，并在减少框架梁3和悬壁梁2相对运动时磨损的同时，增加框架梁3和悬壁梁2之的摩擦力，优选地，如图1-图5所示，在悬壁梁2上及与悬壁梁2搭接的框架梁3的端部包覆钢板4。

为了增加自复位钢筋混凝土框架节点的耗能能力，在框架梁3与悬壁梁2结合部位的两侧分别设置第一摩擦板5，该第一摩擦板5与包覆在悬壁梁2和框架梁3端部的钢板4贴合，且所述第一摩擦板5的一端与所述悬壁梁2连接，另一端与所述框架梁3连接，其中，第一摩擦板5的一端为滑动端53，另一端为固定端52，在滑动端53上预设有用于穿插螺钉8的第一通孔，与滑动端53相贴合连接的钢板4上预设有第二通孔，第二通孔与第一通孔对应设置，第一摩擦板5跨设于悬壁梁2和框架梁3的结合部位，滑动端53通过螺钉8连接固定于悬壁梁2或框架梁3上，固定端52通过三面围焊固定于相贴合连接的钢板4上(可以是包覆在悬壁梁2上的钢板4，也可以是包覆在框架梁3上的钢板4，具体根据滑动端53的连接情况而定，即滑动端53通过螺钉8与悬壁梁2连接时，则固定端52与包覆在框架梁3上的钢板4焊接固定；滑动端53通过螺钉8与框架梁3连接时，固定端52与包覆在悬壁梁2上的钢板4焊接固定)，其中，滑动端53上预设的第一通孔大于预设在的钢板4上的第二通孔，使框架梁3能够在第一通孔直径的范围内相对悬壁梁2运动，增加耗能，减少对地震对节点结构本体的破坏。

为了方便更换第一摩擦板5，固定端52也可以通过螺钉8与包覆在框架梁3端部或悬壁梁2上的钢板4连接固定，具体的在固定端52上预设有第四通孔，包覆在框架梁3端部和悬壁梁2上的钢板4上分别预设有与第一通孔和第四通孔相对应的第二通孔，固定端52上预设的第四通孔与预设在钢板4上的第二通孔大小基本相同，使固定端52与悬壁梁2或框架梁3固定后不会滑动。

为了进一步增加自复位钢筋混凝土框架节点的耗能能力，优选地，如图7所示，在第一摩擦板5上内嵌一块摩擦系数大于钢板4的铜板51，该铜板51与第一摩擦板5的表面齐平，使铜板51与钢板4贴合接触，增加摩擦耗能。

为了节约材料成本，减少不必要的浪费，优选地，仅在第一摩擦板滑动端53内嵌铜板51，即铜板51仅与包覆在框架梁3端部或悬壁梁2上的钢板4接触。

为了使悬壁梁2和框架梁3连接更稳定，并同时进一步增加自复位钢筋混凝土框架节点的耗能能力，优选地，如图1-图3所示，在框架梁3与悬壁梁2结合部位的一侧至少设有两个第一摩擦板5，两个第一摩擦板5沿框架梁3与悬壁梁2结合部位，分别设置在框架梁3与悬壁梁2结合部位上部和下部，在设置时可以将两个第一摩擦板5的固定端52都与悬壁梁2或框架梁3连接，也可以将其中一个第一摩擦板5的固定端52与悬壁梁2连接，另一个第一摩擦板固定端52与框架梁3连接。

为了更进一步的增加自复钢筋混凝土框架节点的耗能能力，并在保证第一摩擦板5相对悬壁梁2或框架梁3能够滑动，同时可以直接使用螺钉8的标准件进行固定，优选地，如图1、图2、图3、图8和图9所示，在第一摩擦板5和螺钉8之间设置垫片6。

为了再进一步的增加自复钢筋混凝土框架节点的耗能能力，可以在第一摩擦板5外还设置第二摩擦板，第二摩擦板是可以覆盖滑动端53的整块板，其上设有与预设在滑动端53上的第一通孔相对应的第三通孔，且第三通孔小于第一通孔，此时第二摩擦板相当于是多个垫片的组合，增加了与钢板4的接触面积，第一摩擦板5与钢板4有相对运动时，还与第二摩擦板之间有相对运动，产生更多的摩擦力。

下面以强震作用时自复位钢筋混凝土框架节点的运动趋势为例，详细说明其自动复位的原理：

如图8和图9所示，框架梁3可以相对悬壁梁2做向上运动和向下运动，如图8所示，框架梁3相对悬壁梁2向下运动时，框架梁3与悬壁梁2结合部的上部张开，悬壁梁2的上部的预应力筋孔有一个垂直预应力筋孔的向上的抬升力和一个与预应力筋孔平行的摩擦力，框架梁3的上部的预应力筋孔有一个垂直预应力筋孔的向下的压力和一个与预应力筋孔平行的摩擦力，同时预应力筋7形变储能，在复位阶段，当预应力筋7的回弹力F(弹性储能)大于等于耗能元件复位耗能与框架梁3的重力势能之和时，框架梁3复位；如图9所示，框架梁3相对悬壁梁2向上运动时，框架梁3与悬壁梁2结合部的下部张开，悬壁梁2的下部的预应力筋孔有一个垂直预应力筋孔的向上的抬升力和一个与预应力筋孔平行的摩擦力，框架梁3的下部的预应力筋孔有一个垂直预应力筋孔的向下的压力和一个与预应力筋孔平行的摩擦力，同时预应力筋7形变储能，当预应力筋7回弹力F(弹性储能)与框架梁3的重力势能之和大于等于耗能元件复位耗能时，框架梁3复位。

框架梁3的端部与悬壁梁2的伸出端为形状相匹配的异型结构，框架梁3在运动时，如图8和图9所示，悬壁梁2会对框架梁3提供一个支点，使预应力筋7的形变处有一段形成斜拉的状态，在框架梁3与悬壁梁3的开合角度与传统自复位钢筋混凝土框架节点相同时，能使其形变长度更长储存更多能量，且回弹力的力臂9更长，提高自复位钢筋混凝土框架节点的复位能力。

综上所述，本实用新型实施例提供的自复位钢筋混凝土框架节点，包括框架柱、悬壁梁、框架梁和预应力筋，悬壁梁从框架柱的本体内伸出，框架梁的端部搭接在悬壁梁的伸出端上，且框架梁的端部与悬壁梁伸出端的形状相匹配的异型结构，预应力筋水平穿过框架梁和悬壁梁，在突发特大地震等极端条件时，即使预应力筋遭到破坏，悬臂梁可以起到临时支撑梁的作用，减少损失，提高提高了自复位钢筋混凝土框架节点的可靠性；框架梁的端部与悬壁梁伸出端的形状相匹配的异型结构，在框架梁与悬壁梁开合角度相同的情况下，储存更多能量，且预应力筋的力臂更长，提高了自复位钢筋混凝土框架节点的复位能力；在装配框架梁时，不用搭建临时支撑架，可以直接装配框架梁，有效控制结构的施工难度与成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：包括框架柱、悬壁梁、框架梁和预应力筋，所述悬壁梁从所述框架柱本体内伸出，且伸出端为台阶状，所述框架梁的端部搭接在所述悬壁梁的伸出端上，且所述框架梁的端部与所述悬壁梁的伸出端的形状相匹配，所述框架梁和所述悬壁梁通过所述预应力筋连接。

2.根据权利要求1所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述悬壁梁伸出端的下部台阶伸出，所述框架梁端部的上部台阶搭接在所述悬壁梁伸出端的下部台阶上。

3.根据权利要求1所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述框架梁和所述悬壁梁通过四根预应力筋连接，其中两根预应力筋穿过所述框架梁和所述悬壁梁的上部台阶，另外两根预应力筋穿过所述框架梁和所述悬壁梁的下部台阶。

4.根据权利要求1所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述框架梁端部和所述悬壁梁上均包覆有钢板。

5.根据权利要求4所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述框架梁与所述悬壁梁结合部位的两侧分别设有第一摩擦板，所述第一摩擦板与包覆在所述框架梁端部和所述悬壁梁上的钢板贴合，且所述第一摩擦板的一端与所述悬壁梁连接，另一端与所述框架梁连接；

其中，所述第一摩擦板的一端为滑动端，另一端为固定端，所述滑动端预设有用于穿设螺钉的第一通孔，与所述滑动端贴合的钢板上预设有第二通孔，所述第二通孔与第一通孔对应设置，且所述第一通孔大于第二通孔。

6.根据权利要求5所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述第一摩擦板内嵌有铜板，且所述铜板与所述钢板贴合接触。

7.根据权利要求6所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：所述铜板内嵌在所述滑动端。

8.根据权利要求5-7任一项所述的自复位钢筋混凝土框架节点，其特征在于：在所述框架梁与所述悬壁梁结合部位的一侧至少设有两个第一摩擦板。