CN208501878U - 一种自复位预制装配框架结构中节点 - Google Patents

一种自复位预制装配框架结构中节点 Download PDF

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本实用新型为一种自复位预制装配框架结构中节点,主要用来连接钢筋混凝土柱和预制钢梁,包括:设置于节点域高度范围内的与柱长方向平行的方钢管节点套筒;设置于预制钢梁端部且与梁纵向垂直的梁端加劲肋;设置于预制钢梁端部且与钢梁纵向平行的三角形加劲肋;设置于预制钢梁纵向且穿过方钢管套筒与钢筋混凝土柱的预应力筋;设置于预制钢梁靠近方钢管节点套筒一端的端板,设置于预制钢梁远离方钢管节点套筒一端的锚固板;以及用于连接钢筋混凝土柱、端板与方钢管节点套筒的高强螺栓。本实用新型通过端板的塑性屈服来耗能,所有的节点试件在卸载后均能被预应力钢绞线拉回来,因此本节点将显著提高节点区的耗能能力并实现自复位。

Description

一种自复位预制装配框架结构中节点
技术领域
本发明属于建筑技术领域,特别涉及一种自复位预制装配框架结构中节点。
背景技术
随着建筑技术的进步,在地震中建筑倒塌和人员伤亡的数量得到了有效的控制,生命安全有了较大保障,但是地震所造成的经济损失和社会影响却依然十分巨大,而且地震灾害总体损失有上升的趋势。事实上,地震之所以会造成巨大的经济损失,主要是由于地震时建筑破坏严重,震后难以修复,只能推倒重建。传统的钢结构体系通过自身材料特性和结构变形来抵抗地震动,耗散地震能量,可能震后没有倒塌但却往往有很大的残余变形,或者在结构的某些薄弱部位发生脆性破坏。这些变形以及破坏,增加了震后结构加固及修复的难度。或者是由于需要修复,甚至修复时间长,建筑功能中断,直接影响人们的生产和生活。
自复位钢结构体系不仅可减少甚至消除结构震后的残余变形,还可联合消能减震装置增加结构耗散地震能量的能力,并且自复位结构易于建造和维护,全寿命成本效益高,对实现强震后工程结构、城市乃至整个社会快速恢复其正常使用功能具有重要意义,因而具有很好的工程应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种自复位预制装配框架结构中节点,在保留了预制装配式钢结构优点的基础上,致力于实现自复位功能,具有施工简便、成本低廉、性能优良的特点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,包括:
设置于节点域高度范围内的与柱长方向平行的套在钢筋混凝土柱6上节点区的方钢管节点套筒5;
穿过方钢管节点套筒5、钢筋混凝土柱6且与预制钢梁1平行的预应力筋2;
设置于预制钢梁1靠近方钢管节点套筒5一端的端板7;
以及用于连接钢筋混凝土柱6、端板7与方钢管节点套筒5的高强螺栓8。
所述预制钢梁1为预制装配热轧H型、工字型或蜂窝型钢梁,在中节点中,其翼缘板上下设置,预应力筋2对称分布在预制钢梁1型钢核心区域内部,核心区域是指方钢管节点套筒5上对应预制钢梁1端面的区域。
所述预制钢梁1端部设置有与梁垂直的梁端加劲肋4以及与腹板平行的三角形加劲肋3,三角形加劲肋3的水平边焊接在预制钢梁1的上或下翼缘中线上,竖直边焊接在端板7外伸部分纵向中线上,共设置四个,所述方钢管节点套筒5、预应力筋2、梁端加劲肋4、三角形加劲肋3、端板7、高强螺栓8以及预制钢梁1均为预制部分。
所述钢筋混凝土柱6的混凝土为现浇部分,所采用的混凝土为普通混凝土或高强混凝土,钢筋根据国家规范选取相应强度的钢筋。
所述预制钢梁1的两端分别焊接于端板7和锚固板9上。
所述端板7采用和方钢管节点套筒5等高,宽度略小于方钢管节点套筒5宽度的钢板,居中放置,其强度等级根据国家规范选取。
所述钢筋混凝土柱6、方钢管节点套筒5和端板7预留供高强螺栓8穿过的孔道,在型钢核心区域内部,高强螺栓8至少布置四个,型钢核心区域外部区域视具体情况而定,均对称布置。
在钢核心区域内部,对称布置四根预应力筋2,预应力筋2为预应力钢筋或预应力钢绞线。
该自复位预制装配框架结构中节点的施工方法步骤如下:
1、在工厂,将端板7焊接在预制钢梁1的端部,梁端加劲肋4焊接在预制钢梁1的端部,完成预制部分;
2、在现场,将方钢管节点套筒5套在钢筋混凝土柱6或组合柱节点区域内,将预制好的预制钢梁1和端板7通过高强螺栓8穿过预留的孔道连接起来,并焊接三角形加劲肋3;
3、将预应力筋2穿过预留的孔道,张拉预应力筋2并将端部用夹片式锚具锚固在锚固板9上。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)施工简便。
一种自复位预制装配框架结构节点。该节点包括在节点域的方钢管节点套筒、梁端横向加劲肋、梁端纵向三角形加劲肋、预应力钢绞线、端板以及高强螺栓,该部分均在工厂预制生产完成。在工地通过将预制部分的型钢与钢筋混凝土柱或组合柱直接连接即可。与传统SRC节点施工安装相比,现场不用绑扎钢筋、支模、拆模和架设梁下临时支撑。现场施工工序、施工材料和施工工时均大为减小。经合理设计,该节点的施工安装将十分方便和快捷,施工性能将大为提高。
(2)设计灵活。
本发明通过在节点域高度范围内设置方钢管,使混凝土柱始终处于剪切弹性状态,避免了剪切破坏。同时节点区域设计端板来耗能,其相对变形可有效缓解杆件内应力集中,地震荷载作用下,节点部位能量耗散作用可以降低位移反应,灾后结构加固设计较容易处理。此端板连接为半刚接,可认为梁端弯矩全部传递给柱端,以按强柱弱梁设计。因此在引入结构分析时,可推动对结构设计过程的重视,使得设计能够更接近结构的真实情况。在端板外伸部分设置加劲肋,避免了外伸处端板因缺少支承,弯曲变形太大,而导致焊缝拉裂。张拉预应力钢绞线时使用市场上广泛使用的低回缩预应力锚具,且可以通过二次张拉控制预应力钢绞线回缩值,从而控制预应力损失。为避免在弯矩最大的梁端附近,发生腹板或者翼缘局部屈曲的情况,因此在梁端附近设置横向加劲肋。本发明可根据实际状况改变相应材料及数量,布置灵活,取材方便,具有良好工程应用价值和推广应用前景,具有良好的社会效益和经济效益。
3)功能提升。
传统的钢结构在地震中通过梁柱构件的塑性变形耗散地震能量,导致地震后可能产生较大的残余变形,难以修复,具有自复位能力的新型建筑结构可以有效解决此问题。本发明设计的节点的梁柱间通过端板和高强螺栓连接,沿梁长布置高强预应力钢绞线;通过对钢绞线施加预应力将梁柱压紧,使节点具备足够的抗弯刚度以满足正常使用情况下的功能性要求,钢绞线同时提供回复力使节点在震后具有自复位的能力;震中通过端板的塑性破坏来耗能,而梁柱等主体构件则保持弹性;由于主体构件没有受到破坏,而且节点在预应力作用下自动回复原位,故震后仅替换端板便可恢复节点至无损状态。因此本节点将在同时兼顾预制装配和可更换的前提下显著提高节点区的耗能能力并实现自复位,具有显著的有效性和工程可行性。
4)降低造价。
在传统自复位节点建造施工中,一般情况下多采用高强度弹簧实现自复位,用摩擦阻尼器来进行耗能,其主要弊端在于造价昂贵,工程实用性不强。尤其在实际大型工程中大量的使用往往会导致建造成本增加;同时由于高强度弹簧和摩擦阻尼器的安装施工较为繁琐,增加了施工难度和施工工期,从而使人工及机器的使用量增加,进一步导致建造成本加大。而在本发明的节点中,采用了工地随处可见的钢板作为耗能材料,又通过一定的构造及设计,使得自复位功能得以实现。既有效实现了工地废材的二次利用,又降低了工程造价,具有良好的工程前景。
5)施工质量好。
在传统SRC梁柱节点施工中,由于SRC节点施工工序多、施工难度大、钢筋过于密集,常出现SRC节点中混凝土振捣差、混凝土强度不足和梁中钢筋错位等质量问题,施工质量不易控制。而在本发明的节点中,其节点各部分均为工厂预制,现场浇筑的混凝土只有钢筋混凝土柱,可先将钢筋混凝土柱浇筑并养护好后再进行节点的安装,因此混凝土柱的施工质量易于控制,尤其对于采用方钢管混凝土柱时,该节点在施工质量控制方面优势更加明显。
总体来讲,该自复位预制装配框架结构中节点与传统SRC节点或自复位节点相比,简化了施工工序和施工难度,提高了节点施工质量的可靠度,并且能充分发挥材料性能和有效提升传统节点经济性能等方面的显著优势,可以广泛应用于各类钢结构建筑中。因此,对自复位预制装配框架结构节点开展深入研究以促进其推广应用极具工程实际意义。
附图说明
图1是本发明该自复位预制装配框架结构基本示意图。
图2是本发明该自复位预制装配框架结构节点主视图。
图3是本发明的节点区三维立体详图。
图4是本发明的剖面1剖面图。
图5是本发明的节点区俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种自复位预制装配框架结构中节点,主要连接钢筋混凝土柱6和预制钢梁1,如图1至图5所示,包括:设置于节点域高度范围内的与柱长方向平行的方钢管节点套筒5;设置于预制钢梁1端部且与梁纵向垂直的梁端加劲肋4;设置于预制钢梁1端部且与钢梁纵向平行的三角形加劲肋3;设置于预制钢梁1纵向且穿过方钢管套筒与钢筋混凝土柱的预应力筋2;设置于预制钢梁1靠近方钢管节点套筒5一端的端板7,设置于预制钢梁1远离方钢管节点套筒5一端的锚固板9;以及用于连接钢筋混凝土柱6、端板7与方钢管节点套筒5的高强螺栓8。
其中,如图1、图2、图3、图4和图5所示,方钢管节点套筒5套在钢筋混凝土柱6上的节点区位置。
预制钢梁1的两端分别焊接于端板7和锚固板9上,预制钢梁1可以为H型钢、工字钢或蜂窝钢。预应力筋2对称分布在预制钢梁1型钢核心区域内部,核心区域是指方钢管节点套筒5上对应预制钢梁1端面的区域。例如,预应力筋2可以对称分布在预制钢梁1的腹板两侧,上下翼缘板之间。
本实施例中,在型钢核心区域内对称布置四根预应力筋2(预应力钢筋或预应力钢绞线),穿过端板7、方钢管节点套筒5和钢筋混凝土柱6预留的孔道,用夹片式锚具锚固在锚固板9上。
端板7采用和方钢管节点套筒5等高,宽度略小于方钢管宽度的钢板,居中放置,其强度等级根据国家规范选取。
三角形加劲肋3是等腰直角三角形,与预制钢梁1的腹板平行,水平边焊接于预制钢梁1翼缘中线,竖直边焊接于端板外伸部分纵向中线上,共设置四个。预制钢梁1端部核心区域设置梁端加劲肋4,具体数量可根据实际情况选取。
预制钢梁1与方钢管节点套筒5及钢筋混凝土柱6的选用高强螺栓8连接,高强螺栓8穿过端板7、方钢管节点套筒5和钢筋混凝土柱6,其中型钢核心区域内部,至少布置四个高强螺栓8,型钢核心区域外部区域视具体情况而定,均对称布置。
本发明中,钢筋混凝土柱6的混凝土为现浇部分,现浇混凝土采用普通混凝土或高强混凝土,钢筋根据国家规范选取相应强度的钢筋。方钢管节点套筒5、预应力筋2、梁端加劲肋4、三角形加劲肋3、端板7、高强螺栓8以及预制钢梁1均为预制部分。
其中:
1)本发明通过在节点域高度范围内设置方钢管,使混凝土柱始终处于剪切弹性状态,避免了剪切破坏。
2)节点区域设计的端板,其相对变形可有效缓解杆件内应力集中,地震荷载作用下,可通过其耗能降低位移反应,使得灾后结构加固设计容易处理。
3)设置在端板外伸部分的三角形加劲肋,避免了外伸处端板因缺少支承,弯曲变形太大而导致焊缝拉裂。设置在梁端附近的横向加劲肋避免了在弯矩最大的梁端附近发生腹板或者翼缘局部屈曲的情况。
4)本发明端板所涉及的强度、厚度、宽度等各设计参数可以根据相应的设计计算方法进行优化设计。
5)张拉预应力钢绞线时使用市场上广泛使用的低回缩预应力锚具,方便快捷且可以通过二次张拉控制预应力钢绞线回缩值,从而控制预应力损失。
6)预制钢梁1可以采用H型钢、工字钢或蜂窝钢,调整蜂窝钢空洞大小以满足实际使用需求。
本发明的具体施工方法为:
首先在工厂将端板7焊接在预制钢梁1的端部,梁端加劲肋4焊接在预制钢梁1的端部,完成预制部分;再在工地现场安装,将方钢管节点套筒5套在钢筋混凝土柱6或组合柱节点区域内,用高强螺栓8连接钢筋混凝土柱6、方钢管节点套筒5和已焊接的端板7,并焊接三角形加劲肋3;最后将预应力筋2穿过预留的孔道,张拉预应力钢绞线并将端部用夹片式锚具锚固在锚固板9上。
该自复位预制装配框架结构中节点的现浇混凝土柱可以为普通钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱等不同类型。通过不同形式的端板和不同形式的柱的相互组合,可以优化组合成各种类型的自复位节点,并各具性能特点和优点,适合于不同工程情况需求。
本发明通过端板的塑性屈服来耗能,所有的节点试件在卸载后均能被预应力钢绞线拉回来,因此本节点将显著提高节点区的耗能能力并实现自复位。
本发明在传统自复位节点基础上,提出采用造价低廉的钢板作为耗能材料,在预制装配的基础上实现自复位功能,大幅降低自复位节点的造价,显著提高了工程实用性,同时简化了施工工序,操作简单,满足现场吊装要求,是一种良好的预制方法。根据本发明提出设计方法,可以进一步优化自复位节点的材料、尺寸和细节布置,型钢种类,柱的形式和混凝土强度及种类等以实现本实例优化设计。

Claims (8)

1.一种自复位预制装配框架结构中节点,连接钢筋混凝土柱(6)和预制钢梁(1),其特征在于,包括:
设置于节点域高度范围内的与柱长方向平行的套在钢筋混凝土柱(6)上节点区的方钢管节点套筒(5);
穿过方钢管节点套筒(5)、钢筋混凝土柱(6)且与预制钢梁(1)平行的预应力筋(2);
设置于预制钢梁(1)靠近方钢管节点套筒(5)一端的端板(7);
以及用于连接钢筋混凝土柱(6)、端板(7)与方钢管节点套筒(5)的高强螺栓(8)。
2.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述预制钢梁(1)为预制装配热轧H型、工字型或蜂窝型钢梁,在中节点中,其翼缘板上下设置,预应力筋(2)对称分布在预制钢梁(1)型钢核心区域内部,核心区域是指方钢管节点套筒(5)上对应预制钢梁(1)端面的区域。
3.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述预制钢梁(1)端部设置有与梁垂直的梁端加劲肋(4)以及与腹板平行的三角形加劲肋(3),三角形加劲肋(3)的水平边焊接在预制钢梁(1)的上或下翼缘中线上,竖直边焊接在端板(7)外伸部分纵向中线上,共设置四个,所述方钢管节点套筒(5)、预应力筋(2)、梁端加劲肋(4)、三角形加劲肋(3)、端板(7)、高强螺栓(8)以及预制钢梁(1)均为预制部分。
4.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述钢筋混凝土柱(6)的混凝土为现浇部分,所采用的混凝土为普通混凝土或高强混凝土,钢筋根据国家规范选取相应强度的钢筋。
5.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述预制钢梁(1)的两端分别焊接于端板(7)和锚固板(9)上。
6.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述端板(7)采用和方钢管节点套筒(5)等高,宽度略小于方钢管节点套筒(5)宽度的钢板,居中放置,其强度等级根据国家规范选取。
7.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,所述钢筋混凝土柱(6)、方钢管节点套筒(5)和端板(7)预留供高强螺栓(8)穿过的孔道,在型钢核心区域内部,高强螺栓(8)至少布置四个,对称布置。
8.根据权利要求1所述自复位预制装配框架结构中节点,其特征在于,在钢核心区域内部,对称布置四根预应力筋(2),预应力筋(2)为预应力钢筋或预应力钢绞线。
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