CN115341658B - 一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土木工程与机械工程领域，公开了一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，其包括预制核心段、预制柱段和预制梁段；预制核心段以内部浇筑高强混凝土、端部含有冲压外凸式端板的方钢管为主体，外立面带有环形板并设置加劲肋，两侧面分别对称设置钳式耳板、双U型板以及T型加劲卡槽；预制柱段由方钢管混凝土柱头和普通柱段组成；预制梁段端板外侧设置普通耳板、扩孔U型板及T型加劲卡槽；预制柱段通过预应力高强拉索、形状记忆合金杆、夹芯削弱钢板耗能器与预制核心段连接；预制梁段通过耳板销轴连接，并通过U型板件间高强螺栓以及夹芯削弱钢板耗能器连接；带有限位防倒塌功能的弧形滑槽限位件底部与预制梁段端部螺栓连接，端部嵌于预制核心段钳式耳板钳部。本发明各预制段及连接区清晰明确，耗能方式多元且耗能部件单元化，便于安拆，实现韧性装配式结构承载‑耗能协同分区工作，提升结构抗震和防倒塌性能，可形成韧性装配式框架结构。

Description

一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点
技术领域
本发明涉及土木工程与机械工程领域，公开了一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点。
背景技术
基于韧性城乡、建筑抗震韧性、装配式结构的综合发展，形成韧性装配式结构，其建造模块化，易施工拆装，具备耗能承载双功能且震损后易修复，结构功能快速恢复，降低生命及财产损失，实现建筑全周期绿色低碳化。装配式框架柱及梁柱节点作为框架结构关键竖向承载及抗侧力结构构件，融合预应力技术、形状记忆合金材料形成韧性耗能承载连接结构，利用场外预制，场内装配的方式构建韧性装配式结构体系，可有效提高框架结构抗震韧性。
梁柱节点的连接方式是影响框架结构抗震性能的重要因素，现有梁柱节点多以焊接、螺栓连接为主，已具有可拆卸，可恢复等特点，但是耗能件庞大且拆卸复杂。基于机械铰的梁柱连接，耗能形式单一，对节点无保护措施，一旦耗能件失效，机械铰自由转动则会带来结构倒塌风险，且各装配分区不明确，对装配式发展带来一定制约，难以构建韧性装配式结构体系，则上述连接不再适用。
发明内容
为了克服上述技术不足，本发明目的在于提出一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，基于场外预制，场内装配的施工理念，各预制段及连接区清晰明确，结合柱-柱拼接及梁柱连接，使用预应力技术、形状记忆合金材料等形成韧性耗能承载连接结构。耗能方式多元，耗能部件单元化，便于更换，实现韧性装配式结构承载-耗能协同分区工作，加入限位装置，提升结构抗震和防倒塌性能，可形成韧性装配式框架结构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，包括预制核心段、预制柱段和预制梁段，其特征在于，所述的预制柱段和预制梁段分别以上下、左右对称位于预制核心段两侧，并完成节点处拼接；预制核心段方钢管内部浇筑高强混凝土，端部两侧分别设置冲压外凸端板，外立面设置环形板、钳式耳板、双U型板以及T型加劲卡槽；预制柱段由预制柱头和普通柱段组成，预应力高强拉索两端分别穿过环形板和预制柱头底板后张拉连接，形状记忆合金杆两端分别穿过环形板和预制柱头底板处螺栓连接，预制核心段与预制柱段拼接处四周外侧对称布置夹芯削弱钢板耗能器；预制梁段端部设置普通耳板、T型加劲卡槽和扩孔U型板，利用高强螺栓将双U型板和扩孔U型板连接，夹芯削弱钢板耗能器置于两侧T型加劲卡槽并使用螺栓连接。
进一步的，所述的环形板上预留孔洞用于预应力高强拉索和形状记忆合金杆的连接，其四角进行圆角处理，在其四周对称布置加劲肋并与方钢管连接，另一侧对称布置开螺栓孔的方钢板并与方钢管连接。
进一步的，所述的预制柱头内部为高强混凝土，端部设置与预制核心段主体端部相同的冲压外凸端板，且方向一致，当预制柱段与预制核心段拼接时进行对位并形成抗剪键，预制柱头底部为与环形板大小形状相同的实心钢板，在底板处开条形孔，***普通柱段外伸翼缘，垂直于普通柱段外伸翼缘对称设置端板与外伸翼缘和底板连接，内部浇筑高强混凝土，底板四周对称布置开螺栓孔的方钢板，并设置加劲肋与普通柱段的强轴方向连接。
进一步的，所述的预应力高强拉索沿普通柱段弱轴方向对称布置，形状记忆合金杆沿普通柱段强轴方向对称布置，在柱段连接区提供复位和耗能能力。
进一步的，所述的扩孔U型板置于双U型板内侧并布置摩擦垫片后高强螺栓连接，在梁段连接区提供摩擦耗能。
进一步的，所述的夹芯削弱钢板耗能器两侧为削弱软钢，在内侧设置加劲条形成格构卡槽，各格构卡槽内部填充吸能材料泡沫铝块；夹芯削弱钢板耗能器依据预制柱段和预制梁段与预制核心段连接区长度合理设计，在柱段连接区四周对称布置，两端与方钢板螺栓连接，在梁段连接区上下对称布置，两端与T型加劲卡槽进行螺栓连接，在柱段和梁段连接区提供金属屈服耗能。
进一步的，所述的弧形滑槽限位件底部与预制梁段端板螺栓连接，端部嵌于预制核心段钳式耳板钳部。
与现有技术相比，本发明存在以下有益效果。
（1）本发明各预制段及连接区清晰明确，可实现场外预制，免焊缝全螺栓场内装配，减少隐蔽工程，实现承载及耗能分区协同工作，不仅考虑梁柱节点连接，同时形成以预制核心段为主的柱-柱拼接，利于构建韧性韧性装配式结构体系，实现建筑结构抗震韧性，有助于装配式结构长远发展。
（2）本发明通过在柱段连接区设置预应力钢绞线和形状记忆合金杆，提升结构复位与耗能能力。
（3）本发明通过两层削弱软钢及加劲条形成格构构件，内部填充吸能材料泡沫铝块形成夹芯削弱钢板耗能器，同时布置于柱段、梁段连接区，耗能部件具有一致性，并且该耗能器具有单元化特性，便于更换。
（4）本发明通过双U型板和扩孔U型板的高强螺栓连接，提供摩擦耗能，与形状记忆合金杆、夹芯削弱钢板耗能器一同在整个结构连接中形成多元耗能。
（5）本发明设置弧形滑槽限位件，可以有效防止基于机械铰连接梁柱节点因耗能件失效带来的倒塌风险。
附图说明
图1为本发明实例结构示意图。
图2为预制核心段细节图。
图3为预制柱段细节图。
图4为预制梁段细节图。
图5为预制柱段与预制核心段连接***示意图。
图6为预制梁段与预制核心段连接***示意图。
图7为夹芯削弱钢板耗能器细节图。
图8为双U型板和扩孔U型板连接细节图。
图9为弧形滑槽限位件及其限位示意图。
图中：1、预制核心段；2、预制柱段；3、预制梁段；4、方钢管；5、高强混凝土；6、冲压外凸端板；7、环形板；8、钳式耳板；9、双U型板；10、T型加劲卡槽；11、预制柱头；12、普通柱段；13、预应力高强拉索；14、形状记忆合金杆；15、夹芯削弱钢板耗能器；16普通耳板；17、扩孔U型板；18、方钢板；19、高强螺栓；20、加劲肋；21、销轴；22、摩擦垫片；23、削弱软钢；24、加劲条；25、泡沫铝块；26、弧形滑槽限位件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例所涉及的一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，包括预制核心段1、预制柱段2和预制梁段3，预制各段及连接区分区明确，预制柱段(2)和预制梁段(3)分别以上下、左右对称位于预制核心段(1)两侧。
如图2所示，预制核心段主体为内部浇筑高强混凝土5、端部两侧设置冲压外凸端板6的方钢管4，外侧设置两个环形板7，并且四周对称设置开螺栓孔的方钢板18以及加进肋20；外凸端板凸出部位方向一致朝下，柱段连接时可用于对位和形成抗剪键；预制核心段主体外立面对称布置钳式耳板8、双U型板9和T型加劲卡槽10，用于预制梁段3的可靠连接。
如图3所示，预制柱段3中预制柱头11端部设置与预制核心区中同样的冲压外凸端板6，用来柱段连接时的对位和形成抗剪键，底部为与环形板7大小形状相同的实心钢板，在底板处开条形孔，***普通柱段12外伸翼缘，垂直于普通柱段12外伸翼缘对称设置端板与外伸翼缘和底板连接，内部浇筑高强混凝土5，底板四周对称布置开螺栓孔的方钢板18；在普通柱段12沿强轴方向两侧对称布置加劲肋20。
如图4所示，预制梁段端部布置普通耳板16、扩孔U型板17以及与预制核心段1中相同的T型加劲卡槽10，用来与预制核心段1进行可靠连接。
如图5、6所示，分别为柱段、梁段连接区***示意图，在柱段连接区，预应力高强拉索(13)沿普通柱段(12)弱轴方向对称布置，形状记忆合金杆(14)沿普通柱段(12)强轴方向对称布置，在方钢板18间布置夹芯削弱钢板耗能器15，使柱段连接具有较好的复位和耗能能力；在梁段连接区，普通耳板16与钳式耳板8通过销轴对位并连接后，双U型板9和扩孔U型板17内置摩擦垫片22后用高强螺栓19连接，再将 夹芯削弱钢板耗能器15布置于T型加劲卡槽10中使用螺栓连接，完成柱段、梁段拼接。
如图7所示，夹芯削弱钢板耗能器(15)两侧为削弱软钢(23)，内侧设置加劲条(24)形成格构卡槽，各格构内部填充泡沫铝块(25)。
如图9所示，弧形滑槽限位件(26)底部与预制梁段端板螺栓连接，端部嵌于预制核心段钳式耳板(8)钳部，当梁段发生转动达到预设的限位角度时，滑槽中部钢块与其端部分别与钳式耳板钳部的端头和尾部接触达到限位防倒塌目的，同时改变滑槽长度即可达到不同的限位需求。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，包括预制核心段(1)、预制柱段(2)和预制梁段(3)，其特征在于，所述的预制柱段(2)和预制梁段(3)分别以上下、左右对称位于预制核心段(1)两侧；预制核心段(1)主体为内部浇筑高强混凝土(5)，端部两侧分别设置冲压外凸端板(6)的方钢管(4)，主体外立面设置环形板(7)、钳式耳板(8)、双U型板(9)以及T型加劲卡槽(10)；预制柱段(2)由预制柱头(11)和普通柱段(12)组成，预应力高强拉索(13)两端分别穿过环形板(7)和预制柱头(11)底板后张拉连接，形状记忆合金杆(14)两端分别穿过环形板(7)和预制柱头(11)底板螺栓连接，预制核心段(1)与预制柱段(2)连接处四周外侧对称布置夹芯削弱钢板耗能器(15)；预制梁段(3)端部设置普通耳板(16)、T型加劲卡槽(10)和扩孔U型板(17)，利用高强螺栓(19)将双U型板(9)和扩孔U型板(17)连接；
所述的环形板(7)上预留孔洞用于预应力高强拉索(13)和形状记忆合金杆(14)的连接，其四角进行圆角处理，在环形板(7)靠近预制柱段(2)的一侧的四周对称布置加劲肋(20)，加劲肋与方钢管(4)连接，在环形板(7)远离预制柱段(2)的一侧四周对称布置方钢板(18)并与钢管(4)连接；
所述的预制柱头(11)内部为高强混凝土(5)，外侧四周对称布置开螺栓孔的方钢板(18)，方钢板(18)与方钢管(4)连接，预制柱头(11)端部具有与方钢管(4)端部相同的冲压外凸端板(6)，当预制柱段(2)与预制核心段(1)连接时可进行对位并形成抗剪键，预制柱头(11)底部为与环形板(7)大小形状相同的实心钢板并设置加劲肋(20)，实心钢板上的加劲肋(20)与普通柱段(12)强轴方向连接；
所述的预制梁段(3)端部外侧设置加劲肋(20)，普通耳板(16)与钳式耳板(8)依靠销轴(21)连接；所述的夹芯削弱钢板耗能器(15)两侧为削弱软钢(23)，内侧设置加劲条(24)形成格构卡槽，各格构内部填充泡沫铝块(25)；
所述的夹芯削弱钢板耗能器(15)依据预制柱段(2)和预制梁段(3)与预制核心段(1)连接区长度合理设计，在柱段连接区四周对称布置，夹芯削弱钢板耗能器(15)两端分别与预制柱头(11)底板上的方钢板(18)和环形板(7)上的方钢板(18)螺栓连接，夹芯削弱钢板耗能器(15)在梁段连接区上下对称布置，夹芯削弱钢板耗能器(15)两端分别与预制核心段(1)主体上的T型加劲卡槽(10)和预制梁段(3)端部的T型加劲卡槽(10)螺栓连接；
弧形滑槽限位件(26)底部与预制梁段端板螺栓连接，端部嵌于预制核心段钳式耳板(8)钳部。
2.根据权利要求1所述的一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，其特征在于,所述的预应力高强拉索(13)沿普通柱段(12)弱轴方向对称布置。
3.根据权利要求1所述的一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，其特征在于,所述的形状记忆合金杆(14)沿普通柱段(12)强轴方向对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种韧性装配式多元耗能限位防倒塌梁柱节点，其特征在于,所述的扩孔U型板(17)置于双U型板(9)内侧并布置摩擦垫片(22)后通过高强螺栓(19)连接。
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