CN108049517A - 一种外置可更换耗能组件自复位rc框架柱脚节点 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点。该节点包括基础、若干外置可更换耗能组件，以及安装在基础上的RC框架柱。RC框架柱与基础由设置在柱内的若干无粘结预应力钢筋和外置可更换耗能组件拉结固定在一起，组成一个完整的自复位框架柱脚节点。该脚节点在同时承受轴力和地震作用时，通过外置可更换耗能组件实现耗能减震，通过无粘结预应力钢筋实现结构自复位。本发明能有效减小结构在地震作用下的残余变形，并且实现了外置耗能组件的可更换性，便于震后快速恢复结构的正常使用。

Description

一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域，特别涉及结构耗能减震技术领域。
背景技术
传统的RC(钢筋混凝土reinforce concrete)框架结构往往通过结构自身的塑性变形来消耗地震能量，结构在地震后将产生较大的塑性残余变形，使得结构难以修复甚至只能拆除重建，从而造成巨大的经济损失。自复位RC框架结构是一种能够减小结构的“残余变形”的新型结构形式，与传统RC框架结构不同，自复位RC框架结构主要由框架、预应力组件和耗能组件组成。地震作用下，耗能组件用来耗散地震能量，框架不会受损或者轻微受损，预应力组件始终保持弹性状态。地震作用后，在预应力组件作用下框架能自行复位，从而减小结构残余变形，通过更换受损的耗能组件使结构快速恢复使用功能。
目前，虽然关于自复位RC框架结构的研究取得了不少成果，但多数集中在自复位RC框架结构梁柱节点的研究上，而对于自复位RC框架柱脚节点，仍还有以下两个方面的问题需要研究。一方面，用于自复位RC框架柱脚节点上的外置耗能组件，在保证其良好的耗能能力的前提下，如何实现其可更换功能，以及更换耗能组件后，自复位RC框架柱脚节点的抗震性能如何，需要进一步研究；另一方面，到目前为止，自复位框架结构柱脚节点很少考虑较大轴力的影响，而实际的自复位框架结构柱脚节点上部结构存在较大的轴力作用，如何针对较大轴力作用下确保自复位RC框架柱脚节点耗能和自复位能力是一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，包括基础、若干外置可更换耗能组件，以及安装在基础上的RC框架柱。
所述RC框架柱为矩形柱。所述RC框架柱的下端套设有矩形钢管。所述矩形钢管的两侧侧壁上焊接有十字板。每块十字板包括相互垂直的水平板和竖直板。所述RC框架柱的下表面设置有柱底钢板。所述RC框架柱内竖直设置有若干根无粘结预应力钢筋。
所述基础的顶部设置有基础预埋件A。所述基础预埋件A包括上方钢板、若干连接块和若干预埋件螺纹杆。所述上方钢板埋设在基础的上表面。所述上方钢板与柱底钢板接触。所述连接块布置在上方钢板的上表面。所述预埋件螺纹杆的上端旋入螺母，下端依次穿过连接块和上方钢板后埋设在基础中。
所述无粘结预应力钢筋依次穿过RC框架柱、柱底钢板、上方钢板和基础。所述无粘结预应力钢筋的上端使用锚具锚固在RC框架柱上方，下端使用锚具锚固在基础下方。
所述外置可更换耗能组件包括耗能钢筋、防屈曲外套管和塑料套管。所述耗能钢筋的上下端具有螺纹。所述耗能钢筋的中部进行切细处理。所述耗能钢筋中部切细部分的外侧套设有防屈曲外套管。所述耗能钢筋中部切细部分与防屈曲外套管之间使用填充料填充密实。所述填充料从防屈曲外套管的下部预留孔中注入。所述耗能钢筋外部还套设有塑料套管。所述防屈曲外套管通过塑料套管卡止在耗能钢筋固定位置。所述耗能钢筋的上端穿过水平板，并采用螺母紧固。所述耗能钢筋的下端依次穿过连接块和上方钢板，并采用螺母紧固。
所述RC框架柱与基础通过无粘结预应力钢筋和外置可更换耗能组件拉结固定在一起。框架柱脚节点承受地震荷载作用时，通过无粘结预应力钢筋实现自复位，通过外置可更换耗能组件实现耗能减震。
进一步，所述上方钢板的上表面还焊接有若干个抗剪元件。
进一步，所述无粘结预应力钢筋采用1860级预应力钢绞线。
进一步，所述RC框架柱和基础采用预制方式制成。所述RC框架柱和基础均预留有供无粘结预应力钢筋穿过的孔洞。
进一步，所述RC框架柱内设置有纵筋和箍筋。
进一步，所述耗能钢筋上端螺纹部分进行切断处理，并通过套设在外部的直螺纹套筒连接。
进一步，所述无粘结预应力钢筋的初始张拉力为极限拉力的30％～50％。
进一步，所述填充料为环氧树脂或密实砂浆。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
1)实现了外置耗能组件可更换，并实际考虑了外加荷载对自复位RC框架柱脚的影响；
2)有效解决了地震作用下柱脚张合时发生破坏的问题；
3)结构的震害集中在外置可更换耗能组件。外置耗能组件更换便捷，有效控制了结构震后的修复成本；
4)无粘结预应力钢筋有效减小了结构的残余变形。
附图说明
图1为框架柱结构整体示意图；
图2为框架柱脚结构示意图；
图3为外置可更换耗能组件结构示意图；
图4为上方钢板结构示意图；
图5为基础预埋件结构示意图；
图6为框架柱脚节点连接关系示意图。
图中：基础预埋件A、RC框架柱1、基础2、无粘结预应力钢筋3、外置可更换耗能组件4、耗能钢筋401、防屈曲外套管402、下部预留孔4021、塑料套管403、直螺纹套筒404、填充料405、矩形钢管5、柱底钢板6、十字板7、水平板701、竖直板702、抗剪元件9、连接块10、上方钢板11、预留孔洞1101、预留槽1102、预埋件螺纹杆12。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，包括基础2、4个外置可更换耗能组件4，以及安装在基础2上的RC框架柱1。
参见图1和图2，所述RC框架柱1为矩形柱。所述RC框架柱1内按照受力要求设置有纵筋和箍筋。所述RC框架柱1的下端套设有矩形钢管5。所述矩形钢管5与RC框架柱1浇筑在一起。所述矩形钢管5的两侧侧壁上焊接有十字板7。每块十字板7包括相互垂直的水平板701和竖直板702。所述RC框架柱1的下表面设置有柱底钢板6。所述矩形钢管5和柱底钢板6包裹住框架柱脚，对柱脚起到了保护作用，有效防止了由于局部压力过大而导致的混凝土压溃和破碎情况。所述RC框架柱1内竖直设置有2根无粘结预应力钢筋3。所述无粘结预应力钢筋3采用1860级预应力钢绞线，直径为15.2mm。
所述基础2的顶部设置有基础预埋件A。参见图3，所述基础预埋件A包括上方钢板11、4块连接块10和8根预埋件螺纹杆12。所述上方钢板11埋设在基础2的上表面。所述RC框架柱1布置在上方钢板11的中心位置。所述上方钢板11与柱底钢板6接触。所述上方钢板11的板面中部设置有两个供无粘结预应力钢筋3穿过的预留孔洞1101。所述上方钢板11的板面上还对称布置有两个预留槽1102。所述4个连接块10布置在上方钢板11的上表面，RC框架柱1两侧各布置2个。每个连接块10穿设有2根预埋件螺纹杆12。所述预埋件螺纹杆12穿过连接块10。所述预埋件螺纹杆12的上端旋入螺母与连接块10紧固，下端穿过上方钢板11的预留槽1102后埋设在基础2中。所述上方钢板11的上表面还焊接有4个抗剪元件9。所述柱底钢板6、抗剪元件9和上方钢板11一起克服RC框架柱1与基础2间因摆动而产生夹角时发生破坏的问题，起到保护RC框架柱1的作用，减缓了柱脚处的接触破坏，改善了结构的局部承压性能。
参见图1，所述无粘结预应力钢筋3依次穿过RC框架柱1、柱底钢板6、上方钢板11和基础2。所述无粘结预应力钢筋3的上端使用锚具锚固在RC框架柱1上方，下端使用锚具锚固在基础2下方。所述无粘结预应力钢筋3的初始张拉力为极限拉力的30％～50％。所述无粘结预应力钢筋3在受力过程中一直保持弹性性能，并起到自复位的作用。
参见图4，所述外置可更换耗能组件4包括耗能钢筋401、防屈曲外套管402和塑料套管403。所述耗能钢筋401是主要的耗能材料，在框架柱脚承受反复地震荷载的时候通过耗能钢筋401张拉进行耗能。所述耗能钢筋401的上下端具有螺纹。所述耗能钢筋401上端螺纹部分进行切断处理，并通过套设在外部的直螺纹套筒404连接。所述直螺纹套筒404实现了框架柱脚外置耗能组件可更换功能。所述耗能钢筋401的中部进行切细处理。所述耗能钢筋401中部切细部分的外侧套设有防屈曲外套管402。所述耗能钢筋401中部切细部分与防屈曲外套管402之间填充有环氧树脂或密实砂浆，可防止耗能钢筋401受压时屈曲。所述环氧树脂或密实砂浆从防屈曲外套管402的下部预留孔4021中注入。所述耗能钢筋401外部还套设有塑料套管403。所述塑料套管403对防屈曲外套管402起卡止作用，防止防屈曲外套管402脱落。所述防屈曲外套管402通过塑料套管403卡止在耗能钢筋401固定位置。所述塑料套管403可起密封作用，防止环氧树脂或密实砂浆从下部流出。所述耗能钢筋401的上端穿过水平板701，并采用螺母紧固。所述耗能钢筋401的下端依次穿过连接块10和上方钢板11，并采用螺母紧固。参见图6，所述耗能钢筋401在水平板701上下方均旋有螺母，且螺母与水平板701上下板面之间具有垫板。所述耗能钢筋401在连接块(10)上方和上方钢板11下方均旋有螺母。
参见图1、图2和图5，所述RC框架柱1与基础2通过无粘结预应力钢筋3和外置可更换耗能组件4拉结固定在一起。框架柱脚节点承受地震荷载作用时，通过无粘结预应力钢筋3在受力过程中始终保持弹性的特征，实现框架柱脚节点的自复位功能，。通过外置可更换耗能组件4实现框架柱脚节点耗能减震。
在实际工程中，所述RC框架柱1和基础2可采用现浇方式或预制方式制得。当所述RC框架柱1和基础2采用预制方式制成时，所述RC框架柱1和基础2均预留有供无粘结预应力钢筋3穿过的孔洞。

Claims (8)

1.一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：包括基础(2)、若干外置可更换耗能组件(4)，以及安装在基础(2)上的RC框架柱(1)；
所述RC框架柱(1)为矩形柱；所述RC框架柱(1)的下端套设有矩形钢管(5)；所述矩形钢管(5)的两侧侧壁上焊接有十字板(7)；每块十字板(7)包括相互垂直的水平板(701)和竖直板(702)；所述RC框架柱(1)的下表面设置有柱底钢板(6)；所述RC框架柱(1)内竖直设置有若干根无粘结预应力钢筋(3)；
所述基础(2)的顶部设置有基础预埋件(A)；所述基础预埋件(A)包括上方钢板(11)、若干连接块(10)和若干预埋件螺纹杆(12)；所述上方钢板(11)埋设在基础(2)的上表面；所述上方钢板(11)与柱底钢板(6)接触；所述连接块(10)布置在上方钢板(11)的上表面；所述预埋件螺纹杆(12)的上端旋入螺母，下端依次穿过连接块(10)和上方钢板(11)后埋设在基础(2)中；
所述无粘结预应力钢筋(3)依次穿过RC框架柱(1)、柱底钢板(6)、上方钢板(11)和基础(2)；所述无粘结预应力钢筋(3)的上端使用锚具锚固在RC框架柱(1)上方，下端使用锚具锚固在基础(2)下方；
所述外置可更换耗能组件(4)包括耗能钢筋(401)、防屈曲外套管(402)和塑料套管(403)；所述耗能钢筋(401)的上下端具有螺纹；所述耗能钢筋(401)的中部进行切细处理；所述耗能钢筋(401)中部切细部分的外侧套设有防屈曲外套管(402)；所述耗能钢筋(401)中部切细部分与防屈曲外套管(402)之间使用填充料(405)填充密实；所述填充料(405)从防屈曲外套管(402)的下部预留孔(4021)中注入；所述耗能钢筋(401)外部还套设有塑料套管(403)；所述防屈曲外套管(402)通过塑料套管(403)卡止在耗能钢筋(401)固定位置；所述耗能钢筋(401)的上端穿过水平板(701)，并采用螺母紧固；所述耗能钢筋(401)的下端依次穿过连接块(10)和上方钢板(11)，并采用螺母紧固；
所述RC框架柱(1)与基础(2)通过无粘结预应力钢筋(3)和外置可更换耗能组件(4)拉结固定在一起；框架柱脚节点承受地震荷载作用时，通过无粘结预应力钢筋(3)实现自复位，通过外置可更换耗能组件(4)实现耗能减震。
2.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述上方钢板(11)的上表面还焊接有若干个抗剪元件(9)。
3.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述无粘结预应力钢筋(3)采用1860级预应力钢绞线。
4.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述RC框架柱(1)和基础(2)采用预制方式制成；所述RC框架柱(1)和基础(2)均预留有供无粘结预应力钢筋(3)穿过的孔洞。
5.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述RC框架柱(1)内设置有纵筋和箍筋。
6.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述耗能钢筋(401)上端螺纹部分进行切断处理，并通过套设在外部的直螺纹套筒(404)连接。
7.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述无粘结预应力钢筋(3)的初始张拉力为极限拉力的30％～50％。
8.根据权利要求1所述的一种外置可更换耗能组件自复位RC框架柱脚节点，其特征在于：所述填充料(405)为环氧树脂或密实砂浆。
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