CN115748960A - 梁柱节点的梁端可更换耗能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种梁柱节点的梁端可更换耗能装置，包括预埋钢板和金属阻尼器，所述的预埋钢板埋置在预制混凝土梁的钢筋端部；金属阻尼器安装在两个对接的预制混凝土梁的预埋钢板之间；预制混凝土梁中的钢筋端部与螺纹套筒螺纹连接，所述的预埋钢板与螺纹套筒固定连接；所述的金属阻尼器，包括开孔H型钢、端板、约束板、填充板和哑铃型钢板。本发明金属阻尼器和开孔H型钢均采用高强螺栓与预制混凝土梁连接，震后可快速更换；实现了装配式混凝土框架结构梁柱节点的震后可恢复功能，节省了结构震后修复时间，实现装配式混凝土结构全寿命周期高效益。

Description

梁柱节点的梁端可更换耗能装置

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种梁柱节点的梁端可更换耗能装置。

背景技术

带可更换构件的可恢复功能框架结构要求结构震后可快速恢复其使用功能，可更换构件一般设置于结构易发生塑性变形的部位，将此部位截面有意削弱，或用延性材料、新型耗能材料代替原材料，或将此部位用耗能阻尼器替换，带可更换构件的可恢复功能框架结构是目前可恢复功能结构的主要体系之一，一般具有集中损伤、易于拆卸更换的特点。

基于可恢复功能防震结构和干连接装配式混凝土框架结构的优势，将带可更换构件的可恢复功能防震结构结合干连接的预制装配新技术，形成带可更换耗能构件的装配式混凝土框架结构新体系，该结构可以快速施工、减少现场环境污染、可拆除性、可更换性、抗震性能高等优点，通过合理的设计，即使结构经历大地震作用后，可以实现震后可恢复，建筑保持使用功能继续使用，或者由于其他原因，建筑物需要改变位置时，将房屋所有构件拆卸、移动、重新组装，真正达到构件再利用、材料可回收、重复使用等目标。同时此新结构体系的维护和修复费用小，造成的间接损失小，实现全寿命周期高效益，对于提升整个城市的防灾减灾能力有重大的现实意义，能够实现带可更换构件的装配式混凝土结构安全、环保和可持续发展的道路。

梁柱节点是地震作用下体系内力较大和容易发生塑性变形的部位，是装配式混凝土框架结构预制构件交汇处，使得梁柱节点连接的性能是带可更换构件的装配式混凝土框架结构抗震性能发挥和可恢复功能实现的关键因素，利用梁端的可更换耗能构件的塑性变形耗散地震能量，因此可更换耗能构件应利于节点处耗能件在反复水平力作用下发挥良好的滞回性能，从而降低地震响应，同时需保证耗能构件的可更换性，实现震后快速恢复其使用功能。损伤构件易更换且具有足够的延性是确保结构具备震后可恢复功能的有效方法。地震时，金属材料发生屈服，产生塑性变形，通过金属材料的塑性滞回耗散地震能量。

现有技术一，可更换耗能连接(Replaceable energy dissipation connector,REDC)，装配式混凝土框架结构的REDC的拼接设置在梁柱节点处，由REDC和销轴体系组成，销轴承载剪力，REDC承载弯矩。

REDC组成部分包括耗能部件、柱内锚固部件、梁内锚固部件。可更换耗能连接的安装设置在梁端与柱连接区域的梁端部的上下截面的纵向钢筋处，梁柱内设置锚固钢块，连接钢块与梁柱内纵向钢筋焊接。耗能部件的两端分别与梁柱内预埋的锚固钢块焊接，通过柱内和梁内设置的锚固钢块及焊接工艺将耗能部件的两端与梁柱内钢筋进行连接，从而实现装配式混凝土结构的梁柱节点连接。耗能部件由核心耗能部件(钢板)、约束盖板、填充钢板组成。

该现有技术一的缺点：

①耗能部件与其他构件的连接均采用焊接方式，震后修复时增加解除焊接等工序，可更换性不佳；

②预制柱端锚固钢块部位，接缝面容易产生应力集中，而混凝土发生局部破坏；

③REDC在梁柱连接端部，处于支座位置，REDC的核心耗能部件仍然受到剪力较大，金属屈服耗能装置不宜承受剪力，故此REDC的放置为止不佳，不能充分发挥REDC的耗能性能。

现有技术二的，由一段带有腹板开口的H型钢短截面组成，用于预制混凝土梁柱连接。端板主要用于固定，梁柱连接的耗能装置主要承受弯矩、剪切和轴向力的共同作用，端板与H型钢焊接，通过螺栓将端板与梁柱内预埋钢板连接。

现有技术二的缺点：

①H型钢承受弯矩、剪力和轴力作用，处于复杂应力状态，裂纹首先发生在翼缘与端板之间的焊接位置，并延伸到腹板开口的倒角处，没有充分发挥装置的耗能作用；

②H型钢被削弱，并处于复杂应力状态，与现浇节点相比，力学性能未改善；

③当该梁柱节点处于偏心较大位置处，H型钢承受扭矩，容易造成面外失稳。

现有技术三，梁柱节点连接装置由一下几个部分组成：预制钢筋混凝土梁、预制钢筋混凝土柱、预应力钢筋、金属连接件。梁的两侧设置混凝土梁凹槽，金属连接件外侧设置凸块，凸块嵌入混凝土梁凹槽内。金属连接件一段与预制钢筋混凝土柱固定连接，另一端与混凝土梁侧面连接。预应力筋贯穿梁和柱，锚固于柱外侧。

现有技术三的缺点：

①预制梁柱节点上下截面接缝面容易产生应力集中，而混凝土发生局部破坏；

②长期使用过程中可能产生预应力损失，降低节点整体性；

③施工过程中需进行预应力张拉，工序较多。

④梁和柱不具备可拆卸可更换性，在强震作用后，梁柱损伤较大情况下，该可恢复功能结构俨然已失效。

现有技术四的技术方案，地震弹性预制柱翼缘梁柱节点(prefabricated column-flangebeam-column joint(PCFBCJ))由带悬臂梁的圆钢管柱、带翼缘的圆钢管柱、普通梁、两个翼缘盖板、两个腹板连接板和一组高强度螺栓组成。以上所有部件的焊接工艺均在工厂进行，以确保质量。带悬臂梁的圆钢管柱和带翼缘的圆钢管柱在施工现场通过翼缘和高强螺栓进行快速连接。悬臂梁和普通梁通过上下翼缘盖板、腹板连接板和高强度螺栓连接。为了提高节点的转动能力，避免悬臂梁与普通梁碰撞，在两梁之间设置间隙。

现有技术四的缺点：

①两个翼缘盖板平面外没有被约束，受压侧容易发生屈曲。

②和可更换部分相连接的地方，不可更换的部分会产生孔洞滑移等问题，虽保证其耗能能力，但可更换性能明显较差。

发明内容

针对上述背景，本发明提出一种装配式混凝土可恢复功能框架梁柱节点的梁端可更换耗能装置，采用可更换耗能装置连接梁柱，利用金属屈服耗能件的拉压耗能性能实现耗能，用于承受并传递地震作用下由框架结构梁端弯矩产生的上侧或下侧边缘的轴向拉力或压力。

本发明所要解决的技术问题：

①现有技术一耗能装置与其他构件采用焊接连接，可更换性不佳；

②现有技术一和三的节点区域端部接缝面容易产生应力集中，而混凝土发生局部破坏；

③现有技术一和二的金属耗能部件承受较大剪力和耗能件处于复杂应力状态，耗能不能充分发挥；

④现有技术二当该梁柱节点处于偏心较大位置处，H型钢承受扭矩，容易造成面外失稳；

⑤现有技术二与现浇节点相比，力学性能未改善；

⑥现有技术三施工工序多和梁柱不具备可拆卸可更换性；

⑦现有技术四不能保证不可更换部分后于可更换部分进入塑性。

具体的技术方案为：

梁柱节点的梁端可更换耗能装置，包括预埋钢板和金属阻尼器，所述的预埋钢板埋置在预制混凝土梁的钢筋端部；金属阻尼器安装在两个对接的预制混凝土梁的预埋钢板之间；

所述的先把预制混凝土梁中的钢筋端部与螺纹套筒螺纹连接，所述的预埋钢板与螺纹套筒固定连接；

所述的金属阻尼器，包括开孔H型钢、端板、约束板、填充板和哑铃型钢板。

预埋钢板上面预留螺栓孔。

开孔H型钢左、右翼缘分别固定连接端板，所述的端板与预埋钢板固定连接；

开孔H型钢的上、下翼缘分别设有哑铃型钢板，所述的哑铃型钢板中间部分窄，两端宽，哑铃型钢板的两端分别固定在对接的预制混凝土梁上，哑铃型钢板的中间部分位于开孔H型钢处，中间部分两边分别填充有填充板，中间部分设有约束板，约束板与填充板均通过螺栓固定在开孔H型钢的上、下翼缘上；

哑铃型钢板的两端通过螺栓与预制混凝土梁上下预埋的预埋套筒连接。

哑铃型钢板、约束板和填充板组成可更换的金属屈服耗能组件，哑铃型钢板受到约束板和混凝土的约束，在受压屈服时不会发生大幅值的屈曲。由金属材料组成的屈曲耗能件不宜用于承受剪力，故设置的开孔H型钢，一方面承受剪力，另一方面便于节点的连接。在开孔H型钢内开孔，目的是削弱此部位截面，在中震或大震时，塑性变形能够首先发生于可更换耗能连接装置部位，哑铃型钢板先于结构主体构件进入屈服状态，集中损伤，震后更换耗能组件。小震作用下，布置在梁端上侧和下侧的金属屈服耗能组件保持弹性，为梁柱连接段提供抗弯刚度；中震或大震作用下，金属屈服耗能组件受拉或受压屈服，并利用组件的滞回性能耗散地震能量，降低框架结构的动力响应值，将损伤仅仅集中在可更换耗能连接装置的耗能组件上，而框架结构的主体部位仍然保持弹性。地震发生以后，松开耗能组件与H型钢和混凝土梁的连接螺栓，取出产生了损伤的耗能组件，并重新安装新的耗能组件，达到震后快速恢复结构使用功能的目的。本发明的特点是耗能组件与其余各个部分的连接均采用螺栓连接，便于拆卸更换，连接可靠，同时能够发挥金属耗能组件的稳定的延性耗能能力，将损伤仅仅集中在耗能组件，强震后能够方便快速地更换耗能组件，实现装配式混凝土框架结构的震后功能快速恢复。

本发明技术方案带来的有益效果

①金属阻尼器和开孔H型钢均采用高强螺栓与预制混凝土梁连接，震后可快速更换；

②金属屈服耗能件(哑铃型钢板)安装在预制混凝土梁上下截面，承受弯矩荷载，耗能地震能量，防止了混凝土的拉压破坏，提高了抗震性能；

③实现了装配式混凝土框架结构梁柱节点的震后可恢复功能，节省了结构震后修复时间，大大减少了装配式混凝土框架结构地震损失，实现装配式混凝土结构全寿命周期高效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的组装示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

如图1到图2所示，梁柱节点的梁端可更换耗能装置，其特征在于，包括预埋钢板3和金属阻尼器，所述的预埋钢板3埋置在预制混凝土梁2的钢筋端部；金属阻尼器安装在对接的预制混凝土梁2和带梁端的混凝土柱1之间；

所述的金属阻尼器，包括开孔H型钢5，开孔H型钢5左、右翼缘分别固定在连接端板6上，所述的端板6与预埋钢板3用螺栓固定连接；

开孔H型钢5的上、下翼缘分别设有哑铃型钢板9，所述的哑铃型钢板9中间部分窄，两端宽；哑铃型钢板9的两端分别固定在对接的预制混凝土梁2和带梁端的混凝土柱(1)的梁上，哑铃型钢板9的中间部分位于开孔H型钢5处，中间部分两边分别填充有填充板8，中间部分设有约束板7，约束板7与填充板8均通过螺栓固定在开孔H型钢5的上、下翼缘上。

所述的先把预制混凝土梁2中的钢筋端部与螺纹套筒4螺纹连接，所述的预埋钢板3与螺纹套筒4固定连接。

所述的哑铃型钢板9的两端通过螺栓与预制混凝土梁2上下预埋的预埋套筒10连接。

Claims (3)

1.梁柱节点的梁端可更换耗能装置，其特征在于，包括预埋钢板(3)和金属阻尼器，所述的预埋钢板(3)埋置在预制混凝土梁(2)的钢筋端部；金属阻尼器安装在对接的预制混凝土梁(2)和带梁端的混凝土柱(1)之间；

所述的金属阻尼器，包括开孔H型钢(5)，开孔H型钢(5)左、右翼缘分别固定连接端板(6)，所述的端板(6)与预埋钢板(3)固定连接；

开孔H型钢(5)的上、下翼缘分别设有哑铃型钢板(9)，所述的哑铃型钢板(9)中间部分窄，两端宽；哑铃型钢板(9)的两端分别固定在对接的预制混凝土梁(2)上，哑铃型钢板(9)的中间部分位于开孔H型钢(5)处，中间部分两边分别填充有填充板(8)，中间部分设有约束板(7)，约束板(7)与填充板(8)均通过螺栓固定在开孔H型钢(5)的上、下翼缘上。

2.根据权利要求1所述的梁柱节点的梁端可更换耗能装置，其特征在于，所述的先把预制混凝土梁(2)中的钢筋端部与螺纹套筒(4)螺纹连接，所述的预埋钢板(3)与螺纹套筒(4)固定连接。

3.根据权利要求1所述的梁柱节点的梁端可更换耗能装置，其特征在于，所述的哑铃型钢板(9)的两端通过螺栓与预制混凝土梁(2)上下预埋的预埋套筒(10)连接。

Images