CN208701908U - 一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，包括混凝土柱、H型钢梁、锚固板、预应力筋和耗能板，H型钢梁包括H型短钢梁和H型长钢梁，H型短钢梁一端连接在混凝土柱的柱壁上，另一端通过连接件与H型长钢梁连接；锚固板设置在H型长钢梁的腹板上，预应力筋的两端通过锚具分别锚固在端板与锚固板上；耗能板连接在H型短钢梁的翼缘板和H型长钢梁的翼缘板。本实用新型的预应力筋不穿过柱截面，避免了预应力钢绞线对钢柱产生附加的弯矩，不会削弱柱体；无预应力筋碰撞情况，方便节点的双向连接。连接节点保证主体梁柱在地震中始终处于弹性状态，地震作用下结构的变形基本集中在耗能部件处，增加了连接节点的使用寿命。

Description

一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点

技术领域

本实用新型属于建筑结构防震减灾技术领域，涉及一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点。

背景技术

自复位结构是一种以减少建筑结构震后残余变形为目标的新型结构形式，通过在结构中引入预应力，实现控制结构最大变形，同时减小甚至消除结构残余变形的目标，使建筑结构能在震后快速恢复使用。自复位结构可实现“中震可修”的抗震设防目标，是建设可恢复功能城市的重要途径之一。近年来，自复位结构受到国内外研究者的广泛关注。

目前已有的自复位梁柱节点的柱体多采用混凝土柱或H型钢柱，其预应力筋多贯通柱截面。一方面，这种穿芯式连接方式会对柱产生削弱作用，降低节点的整体性，在地震作用中节点易发生破坏；另外，在梁柱双向连接中也会出现预应力筋碰撞及施工困难等问题。另外一方面，梁柱节点中多采用黄铜板摩擦、角钢屈服、阻尼器伸缩等形式耗能，此类耗能构件的特点是在往复作用中耗能构件的阻尼力基本保持一致，因此在节点复位中存在较大阻力，对梁柱节点的复位产生不利影响。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，解决现有自复位梁柱节点中柱内预应力筋碰撞、不易复位的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，包括混凝土柱、H型钢梁、锚固板、预应力筋和耗能板，所述的H型钢梁包括H型短钢梁和H型长钢梁，所述的H型短钢梁和H型长钢梁的截面相同；所述的H型短钢梁一端连接在混凝土柱的柱壁上，H型短钢梁的另一端通过连接件与H型长钢梁连接；所述的连接件包括端板和连接板，两个所述的连接板垂直固定在端板上形成槽型结构，两个连接板相互平行，且两个连接板之间设置有供H型长钢梁的腹板插入的间隙，所述的端板固定在H型短钢梁的端部；

所述的锚固板设置在H型长钢梁的腹板上，所述的预应力筋的两端通过锚具分别锚固在端板与锚固板上；

所述的耗能板连接在H型短钢梁的翼缘板和H型长钢梁的翼缘板上，所述的耗能板的宽度与H型短钢梁、H型长钢梁同宽；所述的耗能板上设置有多个长槽孔，多个长槽孔沿耗能板的宽度方向呈阵列分布。

进一步的，还包括柱附H型钢梁、第一盖板、第二盖板和第三盖板，所述的柱附H型钢梁的一端固定在混凝土柱的柱壁上，另一端与H型短钢梁的端部对齐，所述的第一盖板和第三盖板分别固定在柱附H型钢梁的翼缘板与H型短钢梁的翼缘板的上下表面，所述的第二盖板连接在柱附H型钢梁的腹板与H型短钢梁的腹板上。

进一步的，所述的柱附H型钢梁的翼缘板和H型短钢梁的翼缘板通过螺栓夹固在两个所述的第一盖板和第三盖板之间。

进一步的，所述的混凝土柱的内部设置有两个隔板，每个隔板分别与H型短钢梁的上翼缘板和下翼缘板对齐。

进一步的，所述的隔板的外部轮廓形状与混凝土柱的内壁形状相同，所述的隔板的中心设置有通孔，所述的隔板的四角位置切割为倾斜边，使得隔板的外部形状为八边形。

进一步的，所述的锚固板设置在H型长钢梁的腹板沿其长度方向的中部区域。

进一步的，所述的耗能板上两相邻长槽孔之间的板体的横截面为正方形。

进一步的，所述的长槽孔两端的耗能板上设置有螺栓孔。

进一步的，所述的连接件还包括第一加劲肋，所述的第一加劲肋设置在端板与连接板之间；所述的端板与H型短钢梁的腹板之间设置有第二加劲肋。

进一步的，所述的锚固板与H型长钢梁的腹板之间设置有第三加劲肋。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的预应力筋不穿过柱截面，避免了预应力钢绞线对钢柱产生附加的弯矩，不会削弱柱体；而且无预应力筋碰撞情况，方便于自复位梁柱节点的双向连接。连接节点通过抗震性能设计可使得主体梁柱在一定性能目标内处于弹性状态，地震作用下结构的变形基本集中在耗能部件处，增加了连接节点的使用寿命。

(2)本实用新型的通过在耗能板上开设长槽孔形成栅式耗能板耗能，栅式耗能板上由多根钢板条组成，钢板条的特点是的平面内、平面外的长细比较大。结构在地震作用下节点会发生往复运动，栅式耗能板会产生拉压作用。钢板条受拉时由强度承载力控制，受压时易发生失稳，即由稳定承载力控制，钢构件的稳定承载力低于强度承载力，因而通过利用钢板条受拉、受压时的工作机理差异，可使节点在具备一定耗能能力下有较低的复位抗力，易实现复位。

(3)本实用新型的H型短钢梁、H型长钢梁、连接件、预应力筋、锚固板、锚具和耗能板可以在加工厂组装，并可精准施加预应力，使得预应力张拉质量得到最大保障；组成完成的钢梁部分现场施工时采用螺栓与混凝土柱连接，可实现快速施工，减少了人力成本，降低了高空作业的危险性。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型节点的整体结构示意图。

图2是本实用新型节点的正视图。

图3是本实用新型节点的侧面剖视图。

图4是本实用新型节点的俯视图。

图5是本实用新型的连接件的结构示意图。

图6是本实用新型的耗能板的结构示意图。

图7是梁柱连接节点弯矩-转角滞回曲线图。

图8是预应力筋应力-位移(层间位移角)曲线图。

图9是2％层间位移角时四个预应力筋的应力云图。

图10是2％层间位移角时梁柱构件应力云图。

图11是2％层间位移角时钢梁上下两个耗能板的应力云图。

图中各标号表示为：1-混凝土柱，2-H型钢梁，3-锚固板，4-预应力筋，5-耗能板，6-连接件，7-锚具，8-柱附H型钢梁，9-第一盖板，10-第二盖板，11-螺栓，12-隔板，13-第二加劲肋，14-第三加劲肋，15-第三盖板；

(2-1)-H型短钢梁，(2-2)-H型长钢梁；

(5-1)-长槽孔，(5-2)-螺栓孔；

(6-1)-端板，(6-2)-连接板，(6-3)-间隙，(6-4)第一加劲肋；

(12-1)-通孔。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1所示，本实用新型公开了一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，该梁柱节点包括混凝土柱1、H型钢梁2、锚固板3、预应力筋4和耗能板5。H型钢梁2包括H型短钢梁2-1和H型长钢梁2-2，H型短钢梁2-1和H型长钢梁2-2的截面相同；H型短钢梁2-1一端焊接在混凝土柱1的柱壁上，H型短钢梁的另一端通过连接件6与H型长钢梁2-2连接。在该实施方案中，钢梁直接焊接在混凝土柱上，因此，本方案中的梁柱需要在现场进行焊接，预应力的施加也需要在现场进行。

连接件6包括端板6-1和连接板6-2，两个连接板6-2垂直固定在端板6-1上形成槽型结构，两个连接板6-2相互平行，且两个连接板6-2之间设置有供H型长钢梁2-2的腹板插入的间隙6-3，两个连接板6-2上设置有螺栓孔，H型长钢梁2-2的腹板上也对应设置有螺栓孔，H型长钢梁2-2的腹板插接在该间隙中，并通过螺栓固定。H型长钢梁的端部顶紧在端板的一个面上，端板6-1的另一面焊接在H型短钢梁2-1的端部，端板6-1的左右两侧边与翼缘板的侧边对齐，端板6-1的上下两侧边分别与钢梁上翼缘板的上表面和下翼缘板的下表面对齐。

锚固板3焊接在H型长钢梁2-2的腹板和翼缘板上，最好的，锚固板3的长度和宽度与H型钢梁单侧净横截面的长度及宽度相同。锚固板上设置有供预应力筋穿过的圆孔，端板6-1上也设置有供预应力筋4穿过的圆孔，预应力筋4的两端通过锚具7分别锚固在端板6-1与锚固板3上，预应力筋沿H型长钢梁2-2长度方向对称布置在其腹板两侧。本实用新型的预应力筋不穿过柱截面，避免了预应力钢绞线对钢柱产生附加的弯矩，不会削弱柱体；而且无预应力筋碰撞情况，方便于自复位梁柱节点的双向连接。

耗能板5连接在H型短钢梁2-1的翼缘板和H型长钢梁2-2的翼缘板上。为保证节点具备一定的耗能能力，同时兼顾建筑方便使用功能，耗能板5的宽度与H型短钢梁2-1、H型长钢梁2-2同宽；耗能板5上设置有多个长槽孔5-1，多个长槽孔5-1沿耗能板5的宽度方向呈阵列分布，具体如图6所示，在长槽孔5-1两端的耗能板上设置有螺栓孔5-2，与该螺栓孔位置对应的H型短钢梁2-1的翼缘板和H型长钢梁2-2的翼缘板上也设置有螺栓孔，通过螺栓将耗能板5的两端分别固定在H型短钢梁2-1的翼缘板和H型长钢梁2-2的翼缘板。通过在耗能板上开设长槽孔形成栅式耗能板耗能，使耗能板分成若干个钢板条，可使得各钢板条独立工作，极大减小原钢板因剪切滞后带来的受力不均，且钢板条的屈曲不受相互影响。钢板条的特点是的平面内、平面外的长细比较大。结构在地震作用下节点会发生往复运动，栅式耗能板会产生拉压作用。钢板条受拉时由强度承载力控制，受压时易发生失稳，即由稳定承载力控制，钢构件的稳定承载力低于强度承载力，因而通过巧妙利用钢板条受拉、受压时的工作机理差异，可使节点在具备一定耗能能力下有较低的复位抗力，易实现复位。

在具体使用过程中，可通过增大耗能板5的厚度来增大节点的耗能能力。进一步的，为使耗能钢板5中的钢板条在节点摆动中具备一定的耗能能力又不至于拉断，长槽孔长度可由l＝(h·Δ)/δ计算，式中，l为长槽孔长度，h为梁截面高度，Δ为目标层间位移角，δ为预计钢板条伸长率。

在混凝土柱1的内部设置有两个隔板12，每个隔板12分别与H型短钢梁2-1的上翼缘板和下翼缘板对齐，可让翼缘传来的力直接传至柱内部，加强节点的强度、整体性。

隔板12的外部轮廓形状与混凝土柱1的内壁形状相同，隔板12的中心设置有通孔12-1，以方便混凝土的浇灌。隔板的四角位置切割为倾斜边，使得隔板的外部形状为八边形，角部切割使得浇灌混凝土时下部柱内气体可以从角部逸出，达到混凝土密实的要求。

锚固板3设置在H型长钢梁2-2的腹板沿其长度方向的中部区域，该设置使得节点转动时预应力筋4的相对伸长量处于一个合理范围，此时预应力筋不屈服且能提供较高的节点回复力。

优选的，耗能板5上两相邻长槽孔5-1之间的板体的横截面为正方形。使得相邻长槽孔之间的板体受压时两个方向稳定承载力相同，此时节点复位能力较好。

优选的，在端板6-1与连接板6-2之间连设置第一加劲肋6-4，在端板6-1与H型短钢梁2-1的腹板之间设置有第二加劲肋13，更进一步的，第一加劲肋6-4和第二加劲肋13在同一水平面上。设置第一加劲肋6-4和第二加劲肋13可保证连接板6-2的面外刚度，防止其变形过大造成预应力损失。

优选的，锚固板3与H型长钢梁2-2的腹板之间设置有第三加劲肋14，保证锚固板处的刚度。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，该自复位梁柱节点还包括柱附H型钢梁8、第一盖板9、第二盖板10和第三盖板15，柱附H型钢梁8的一端固定在混凝土柱1的柱壁上，另一端与H型短钢梁2-1的端部对齐，第一盖板9连接在柱附H型钢梁8的翼缘板与H型短钢梁2-1的翼缘板上，其中，第一盖板9上加工有螺栓孔，在柱附H型钢梁8的翼缘板与H型短钢梁2-1的翼缘板也对应加工有螺栓孔，柱附H型钢梁8的翼缘板和H型短钢梁2-1的翼缘板通过螺栓11夹固在第一盖板9和第三盖板15之间。第二盖板10上也加工有多组螺栓孔，在柱附H型钢梁8的腹板与H型短钢梁2-1的腹板上也对应加工有多组螺栓孔，通过螺栓将第二盖板固定在柱附H型钢梁8的腹板与H型短钢梁2-1的腹板上。本实施方式中的H型短钢梁、H型长钢梁、连接件、预应力筋、锚固板、锚具和耗能板可以在加工厂组装，并可精准施加预应力，使得预应力张拉质量得到最大保障；组成完成的钢梁部分现场施工时采用螺栓与混凝土柱连接，可实现快速施工，减少了人力成本，降低了高空作业的危险性。

以下通过建立有限元模型来模拟本实用新型梁柱节点的受力：

(一)模型建立：

拟用单跨框架跨度为8000mm，层高4200mm，取柱反弯点、梁跨中点建立柱外预应力带栅式耗能钢板的自复位梁柱节点数值计算模型。模型中：采用方钢管混凝土柱，方钢管边长为600mm，厚度为25mm；H型钢梁的截面高度为600mm，截面宽度为350mm，腹板厚度为20mm，翼缘厚度为25mm；预应力筋长度为2300mm，预应力筋总面积为1450mm²。

钢材采用理想弹塑性模型，弹性模量E＝206000MPa，泊松比取υ＝0.3，栅式耗能钢板的屈服强度取f_y＝235MPa，其余钢材的屈服强度取f_y＝345MPa。混凝土采用C30强度等级及相应的塑性损伤模型。预应力筋采用理想弹塑性模型，弹性模量为E_PT＝19500MPa，屈服强度为1860MPa，以30％屈服应力作为预应力筋的初始张拉应力。按位移控制加载方法在梁端处施加位移荷载，极限层间位移角取2％。

(二)结果分析：

如图7所示，节点的弯矩-转角滞回曲线呈明显的双旗帜形(其中，图7中的M表示节点弯矩，θ表示层间位移角)；当栅式耗能板开始屈服时，节点的残余变形为0.0151％层间位移角，当侧移达到2％层间位移角后，节点的残余变形为0.0039％层间位移角，远小于自复位结构残余变形0.20％的层间位移角要求。

图8是节点在整个加载过程中预应力筋的应力与荷载的关系(荷载用层间位移表示)，从图8可以看出，预应力损失较小，预应力筋始终保持在弹性状态。图9表示节点处于极限层间位移角时预应力筋的应力状态，预应力筋的最大应力为1400.05N/mm²，而本模型中预应力筋的屈服强度为1860MPa，说明预应力筋没有屈服，即没有发生破坏。

从图10可以看出，当节点处于极限层间位移角时，梁柱等主要构件均处于弹性状态。

从图11可以看出，当节点处于极限层间位移角时，图中上方耗能板(受压侧耗能板)已发生面外屈曲，图中下方耗能板(受拉侧耗能板)受拉屈服。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，包括混凝土柱(1)、H型钢梁(2)、锚固板(3)、预应力筋(4)和耗能板(5)，其特征在于，

所述的H型钢梁(2)包括H型短钢梁(2-1)和H型长钢梁(2-2)，所述的H型短钢梁(2-1)和H型长钢梁(2-2)的截面相同；所述的H型短钢梁(2-1)一端连接在混凝土柱(1)的柱壁上，H型短钢梁的另一端通过连接件(6)与H型长钢梁(2-2)连接；

所述的连接件(6)包括端板(6-1)和连接板(6-2)，两个所述的连接板(6-2)垂直固定在端板(6-1)上形成槽型结构，两个连接板(6-2)相互平行，且两个连接板(6-2)之间设置有供H型长钢梁(2-2)的腹板插入的间隙(6-3)，所述的端板(6-1)固定在H型短钢梁(2-1)的端部；

所述的锚固板(3)设置在H型长钢梁(2-2)的腹板上，所述的预应力筋(4)的两端通过锚具(7)分别锚固在端板(6-1)与锚固板(3)上；

所述的耗能板(5)连接在H型短钢梁(2-1)的翼缘板和H型长钢梁(2-2)的翼缘板上，所述的耗能板(5)的宽度与H型短钢梁(2-1)、H型长钢梁(2-2)同宽；所述的耗能板(5)上设置有多个长槽孔(5-1)，多个长槽孔(5-1)沿耗能板(5)的宽度方向呈阵列分布。

2.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，还包括柱附H型钢梁(8)、第一盖板(9)、第二盖板(10)和第三盖板(15)，所述的柱附H型钢梁(8)的一端固定在混凝土柱(1)的柱壁上，另一端与H型短钢梁(2-1)的端部对齐，所述的第一盖板(9)和第三盖板(15)分别固定在柱附H型钢梁(8)的翼缘板与H型短钢梁(2-1) 的翼缘板的上下表面，所述的第二盖板(10)连接在柱附H型钢梁(8)的腹板与H型短钢梁(2-1)的腹板上。

3.如权利要求2所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的柱附H型钢梁(8)的翼缘板和H型短钢梁(2-1)的翼缘板通过螺栓(11)夹固在所述的第一盖板(9)和第三盖板(15)之间。

4.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的混凝土柱(1)的内部设置有两个隔板(12)，每个隔板(12)分别与H型短钢梁(2-1)的上翼缘板和下翼缘板对齐。

5.如权利要求4所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的隔板(12)的外部轮廓形状与混凝土柱(1)的内壁形状相同，所述的隔板(12)的中心设置有通孔(12-1)，所述的隔板的四角位置切割为倾斜边，使得隔板的外部形状为八边形。

6.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的锚固板(3)设置在H型长钢梁(2-2)的腹板沿其长度方向的中部区域。

7.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的耗能板(5)上两相邻长槽孔(5-1)之间的板体的横截面为正方形。

8.如权利要求1或7所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的长槽孔(5-1)两端的耗能板上设置有螺栓孔(5-2)。

9.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的连接件(6)还包括第一加劲肋(6-4)，所述的第一加劲肋(6-4)设置在端板(6-1)与连接板(6-2)之间；所述的端板(6-1)与H型短钢梁(2-1)的腹板之间设置有第二加劲肋(13)。

10.如权利要求1所述的带栅式耗能板的柱外预应力自复位梁柱节点，其特征在于，所述的锚固板(3)与H型长钢梁(2-2)的腹板之间设置有第三加劲肋(14)。