CN108265825A - 一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑工程技术领域的一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,技术方案为:矩形预制框架柱的脚部从四个面内凹进,保证矩形预制框架柱所有角部纵筋连续,截面削弱的矩形预制框架柱与现浇基础连接,可更换耗能标准钢构件的外轮廓与矩形预制框架柱的凹进部分的形状相契合,四个可更换耗能标准钢构件分别嵌入凹进部分,可更换耗能标准钢构件的上部与矩形预制框架柱固定,下部与现浇基础固定;四个可更换耗能组合钢板紧贴在可更换耗能标准钢构件外侧,形成钢板桶;可更换耗能组合钢板的上部与矩形预制框架柱固定,底部与现浇基础固定。其解决了震损预制框架柱的快速修复,提高了装配式框架结构的整体抗震性能。
Description
技术领域
本专利属于建筑工程技术领域,具体涉及一种可更换耗能组合柱结构体系。
背景技术
现有装配式框架体系中,底部加强区范围内框架柱抗弯刚度差异较大,影响梁柱塑性铰区域的发展,进而影响结构整体抗震性能。
现有的可更换耗能组合柱结构,其耗能性能较差,无法和原有混凝土柱体良好的协同工作,耗能材料不能充分发挥其作用。
现有的可更换耗能组合件,其施工工艺较为复杂,当柱脚发生较大位移角时,耗能件发生较大变形,从而造成现场拆卸及安装困难。
现行规范中对底层框架柱提出宜现浇的处理方式,对于体量较小的装配式建筑往往存在预制率不满足土地出让要求,采用可更换耗能件可实现底层框架柱预制,进而提高单体预制率,满足土地出让要求。
目前国内外针对震损可更换耗能节点研究成果大多集中在剪力墙结构体系及钢框架结构体系,在装配整体式框架结构体系中研究成果较少。
发明内容
本发明提供了一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,解决了震损预制框架柱的快速修复,提高了装配式框架结构的整体抗震性能。
本发明的基本技术方案为:矩形预制框架柱的脚部从四个面内凹进,同时保证矩形预制框架柱所有角部纵筋连续,截面削弱的矩形预制框架柱与现浇基础连接,可更换耗能标准钢构件的外轮廓与矩形预制框架柱的凹进部分的形状相契合,四个可更换耗能标准钢构件分别嵌入凹进部分,可更换耗能标准钢构件的上部与矩形预制框架柱固定,可更换耗能标准钢构件的下部与现浇基础固定;四个可更换耗能组合钢板紧贴在可更换耗能标准钢构件外侧,形成钢板桶;可更换耗能组合钢板的上部与矩形预制框架柱固定,可更换耗能组合钢板的底部与现浇基础固定。
基于上述技术特征,凹进部分的截面为直角梯形,直角梯形的斜边位于上部。上述直角梯形构造,一方面,考虑现场可更换耗能标准钢构件与凹进部分的尺寸加工误差,坡度的设置可以充分考虑可更换耗能标准钢构件的安装误差及施工人员的操作空间,提高可更换耗能标准钢构件的安装效率;另一方面,在结构整体受到地震力作用后,柱端塑性铰区域会发生较大变形,构件无法完全恢复至初始位置的概率极大,上述可更换耗能标准钢构件的直角梯形构造考虑构件变形后无法复原坡度的设置可大幅减免现场更换所带来的施工难度,提升整体结构的修复效率;最后,上述直角梯形构造,斜边位于上部增大可更换耗能标准钢构件与矩形预制框架柱的接触面积,可使钢构件充分发挥其作用,与矩形预制框架柱协同工作,进而提高节点的耗能效果。
上述基本技术方案中,可更换耗能标准钢构件和矩形预制框架柱的连接、可更换耗能标准钢构件和现浇基础的连接、可更换耗能组合钢板和矩形预制框架柱的连接、可更换耗能组合钢板和现浇基础的连接及矩形预制框架柱和现浇基础的连接,均可以采用常用工程连接技术完成。本发明中分别对可更换耗能标准钢构件和矩形预制框架柱的连接及矩形预制框架柱和现浇基础的连接进行了优化。
可更换耗能标准钢构件和矩形预制框架柱连接的优化技术方案为:可更换耗能标准钢构件由内部水平钢板、竖向钢板、上封板、下封板及单侧封板组成,所述单侧封板紧贴所述凹进部分的混凝土面,所述上封板的上边沿开设U型槽口,所述矩形预制框架柱内部纵筋在所述凹进部分处断开,并与高强转角螺栓焊接,同时将所述转角螺栓从所述U型槽口伸出,完成所述可更换耗能标准钢构件的上部与所述矩形预制框架柱的固定。
矩形预制框架柱和现浇基础连接的优化技术方案为:矩形预制框架柱与所述现浇基础连接构造为所述角部纵筋通过柱脚连接件与预埋在所述现浇基础内的高强螺杆进行连接。柱脚连接件、高强螺杆本身属于现有技术。
在小震工况下,可更换耗能标准钢构件率先发挥作用,与矩形预制框架柱共同抵抗地震力,并吸收较大能量,而***可更换耗能组合钢板仍处于弹性状态。随着地震力逐渐增大,柱端位移角也随之增大,此时可更换耗能组合钢板开始发挥作用,通过可更换耗能组合钢板的屈服变形进一步消耗地震能量,同时,在后期可根据构件的损伤程度,对可更换耗能标准钢构件和可更换耗能组合钢板进行更换。
本发明的有益效果为:
1、对现有研究成果进行一定的补充,完善可更换耗能连接节点在装配式结构中的应用,弥补现有研究成果的不足;
2、采用本专利节点,将现场安装及拆卸施工误差考虑进去,利用其构造形式方便可更换耗能标准钢构件和可更换耗能组合钢板的现场拆卸和安装,大幅提升本节点的可操作性;
3、本专利技术通过上述优化方案中可更换耗能标准钢构件和矩形预制框架柱的连接及矩形预制框架柱和现浇基础的连接,可以维持原有受力模型,保证传力途径不发生改变;
4、地震后,内嵌的可更换耗能标准钢构件及***的可更换耗能组合钢板发生屈服从而吸收地震力,而核心区混凝土只发生轻微破坏或不出现破坏,在保证竖向承载力的前提下,实现损伤部位的可控性,保证整体结构的抗震性能,并且后期可根据构件损伤程度对可更换耗能标准钢构件及可更换耗能组合钢板进行更换,从而实现震后快速修复的效果。
附图说明
图1为本发明的可更换耗能柱脚节点的立面示意图。
图2为本发明的可更换耗能柱脚节点的三维示意图。
图3为本发明的可更换耗能柱脚节点拼装完成后平面示意图。
图4为本发明的可更换耗能标准钢构件构造立面示意图。
图5为本发明的可更换耗能标准钢构件构造剖面示意图。
图6为本发明的可更换耗能组合钢板构造示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案,下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。
如图1所示,一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,主要包括一个矩形预制框架柱2、四个可更换耗能标准钢构件4,四个可更换耗能组合钢板5。矩形预制框架柱2的脚部从四个面内凹进,保证所述矩形预制框架柱2所有角部纵筋1连续,矩形预制框架柱2的角部纵筋1与柱脚连接件8中附加的钢筋进行搭接,符合一定的结构构造要求,并通过高强螺栓与预埋在现浇基础10内的高强螺杆9进行连接,最后在柱脚连接件8周围的混凝土缺损处浇灌高强灌浆料,灌浆料设计强度不得低于预制柱混凝土强度的70%,从而完成矩形预制框架柱2的初步安装,图中所示的预制框架柱2与现浇基础10的初步安装仅为一种示意,也可以采取其它现有技术实现。
如图4和图5所示,可更换耗能标准钢构件4的截面为直角梯形,直角梯形的斜边位于上部,每个可更换耗能标准钢构件4由内部的水平钢板42、竖向钢板41、上封板43、下封板44及单侧封板45组成,上封板43的上边沿开设U型槽口46。
如图6所示每个可更换耗能组合钢板5均包含竖向主耗能钢板51、水平向耗能副板53以及三角加劲肋板52,当然也可以采用其它工程常用构造,图中所示仅为一种示意。
如图1和图3所示,完成预制框架柱2初步安装后,依次将可更换耗能标准钢构件4沿坡度的变化趋势将其内嵌于矩形预制框架柱2的凹进部分内。更换耗能标准钢构件4的外形与位于柱脚的凹进部分形状相契合。矩形预制框架柱中除角部纵筋1外的其余纵筋均通过焊接与高强转角螺栓连接,转角螺栓穿过可更换耗能标准钢构件4上的U型槽口46,使柱内除角部纵筋1外的其余纵筋与可更换耗能标准钢构件4连接。同时,预埋在现浇基础10内的高强螺杆9穿过可更换耗能标准钢构件4的下封板44和单侧封板45之间的第一螺栓孔47,进而完成可更换耗能标准钢构件的组装。在地震力作用下,由于柱脚混凝土截面被削弱,可更换耗能标准钢构件4率先发挥其作用,使其钢板发生屈服从而耗散地震能量,同时,由于可更换耗能标准钢构件4上端设置斜坡,即使钢板发生较大变形后,依然可以顺利的进行更换,大大提高构件修复的效率。
如图1、图3和图6所示,在完成可更换耗能标准钢构件4的安装后,一般可按照顺时针或逆时针顺序将柱体最***可更换耗能组合钢板5进行安装,使四个可更换耗能组合钢板5紧贴在可更换耗能标准钢构件4外侧,形成周圈闭合的钢板桶。***的可更换耗能组合钢板均由竖向主耗能钢板51、水平向耗能副板53以及三角加劲肋板52组成,进而提升节点区域的整体抗震性能。其中,建议竖向主耗能钢板51中部可均匀分布着椭圆形孔,其主要目的在于削弱钢板自身刚度,使其在地震力作用下积极响应,发生变形进而吸收能量。竖向主耗能钢板51上部下部分别设置圆形螺栓孔54及第二螺栓孔55,矩形预制框架柱2内预埋对拉高强螺杆穿过预留圆形螺栓孔54将竖向主耗能钢板51上端与柱体固定;竖向主耗能钢板51与底部的水平向耗能副板53通过焊接连接,中间组合成闭合的第二螺栓孔55,预埋于现浇基础10中的高强螺杆9穿过第二螺栓孔55完成可更换耗能组合钢板与现浇基础10的固结。在大震情况下,柱端发生较大变形,可更换耗能组合钢板5与可更换耗能标准钢构件4共同抵抗地震力,进一步耗散地震能量,同时,在后期,可根据混凝土构件损伤程度、可更换耗能标准钢构件4和可更换耗能组合钢板5的变形情况选择性的拆卸原有构件,进行更换,以达到快速修复的效果。
图2为本发明的可更换耗能柱脚节点的三维示意图。可更换耗能标准钢构件和矩形预制框架柱的连接、可更换耗能标准钢构件和现浇基础的连接、可更换耗能组合钢板和矩形预制框架柱的连接、可更换耗能组合钢板和现浇基础的连接及矩形预制框架柱和现浇基础的连接,均可以采用常用工程连接技术完成。图1至图6所示仅为一种示意。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案,而并非用作为对本发明的限定,任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变形,都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,其特征在于:矩形预制框架柱(2)的脚部从四个面内凹进,同时保证所述矩形预制框架柱(2)所有角部纵筋(1)连续,截面削弱的所述矩形预制框架柱(2)与现浇基础(10)连接,可更换耗能标准钢构件(4)的外轮廓与所述矩形预制框架柱(2)的凹进部分的形状相契合,四个所述可更换耗能标准钢构件(4)分别嵌入所述凹进部分,所述可更换耗能标准钢构件(4)的上部与所述矩形预制框架柱(2)固定,所述可更换耗能标准钢构件(4)的下部与所述现浇基础(10)固定;四个可更换耗能组合钢板(5)紧贴在所述可更换耗能标准钢构件(4)外侧,形成钢板桶;所述可更换耗能组合钢板(5)的上部与所述矩形预制框架柱(2)固定,所述可更换耗能组合钢板(5)的底部与所述现浇基础(10)固定。
2.根据权利要求1所述的一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,其特征在于:所述凹进部分的截面为直角梯形,所述直角梯形的斜边位于上部。
3.根据权利要求1所述的一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,其特征在于:可更换耗能标准钢构件(4)由内部水平钢板(42)、竖向钢板(41)、上封板(43)下封板(44)及单侧封板(45)组成,所述单侧封板(45)紧贴所述凹进部分的混凝土面,所述上封板(43)的上边沿开设U型槽口(46),所述矩形预制框架柱(2)内部纵筋在所述凹进部分处断开,并与高强转角螺栓焊接,同时将所述转角螺栓从所述U型槽口(46)伸出,完成所述可更换耗能标准钢构件(4)的上部与所述矩形预制框架柱(2)的固定。
4.根据权利要求1所述的一种装配整体式框架可更换耗能柱脚节点,其特征在于:所述矩形预制框架柱(2)与所述现浇基础(10)连接构造为所述角部纵筋(1)通过柱脚连接件(8)与预埋在所述现浇基础(10)内的高强螺杆(9)进行连接。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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