CN210421400U - 一种装配式框架结构梁柱耗能连接键 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，端板包括竖向平行的第一端板和第二端板，第一和第二端板分别可拆卸固定在框架混凝土梁和框架混凝土柱上；钢管混凝土连接件垂直固定设置在第一和第二端板之间，钢管混凝土连接件包括竖向平行设置的第一和第二钢管混凝土连接件；腹板竖直设置在第一钢管混凝土连接件和第二钢管混凝土连接件之间，腹板与钢管混凝土连接件端板垂直焊接固定；本实用新型通过在端板之间设置两个钢管混凝土及腹板，组成耗能连接键；端板与钢管混凝土组合为连接键提高了足够的承载力，钢管混凝土屈服后具有较大的塑性变形和耗能性能；端板与框架混凝土梁柱之间采用可拆卸固定连接，保证了耗能连接键及时更换和修复。

Description

一种装配式框架结构梁柱耗能连接键

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，特别涉及一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键。

背景技术

在预制装配式钢筋混凝土框架结构中，预制梁、柱构件相连接的部位称为梁柱节点，也称作节点核心区，是主体结构受力的关键部位。梁柱节点在结构中处于弯矩、剪力、轴力复合作用的受力状态；其主要协同梁、柱等各构件形成整体结构共同工作以抵抗外部荷载，维持结构稳定与安全。因此，梁柱节点的力学性能直接影响到整体结构的抗震性能。为达到“小震不坏，大震不倒”的结构抗震设防目标，梁柱节点须满足“强节点弱构件”的设计原则，即节点的承载力应高于梁柱构件，同时保证梁柱节点在小震下应具有足够的强度和刚度，在大震下应具有较大的塑性变形能力和耗能能力。

目前，装配式梁柱节点干式连接类型虽然较多，但其连接性能性能差异较大；主要存在以下两个缺点：(1)承载力与变形难以兼顾，耗能能力不足。在小震下，节点的承载力是影响结构安全的重要因素，而在大震下，节点进入塑性阶段后变形能力则成为主要影响因素；现有的干式连接类型很难同时兼顾到承载力和变形性能，同时其耗能能力相对较低。(2)没有考虑到节点震后损伤修复及更换的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键，以提供足够的承载力、变形和耗能能力，同时解决了节点震后损伤修复及更换问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，包括端板、钢管混凝土连接件及腹板，端板包括竖向平行设置的第一端板和第二端板，第一端板可拆卸固定在框架混凝土梁上，第二端板可拆卸固定在框架混凝土柱上；钢管混凝土连接件垂直固定设置在第一端板和第二端板之间，钢管混凝土连接件包括竖向平行设置的第一钢管混凝土连接件和第二钢管混凝土连接件；

腹板竖直设置在第一钢管混凝土连接件和第二钢管混凝土连接件之间，腹板的上下两端分别与第一钢管混凝土连接件及第二钢管混凝土连接件固定连接，腹板的左右两端分别与第一端板和第二端板垂直固定连接，腹板的中间部位设置有中间开孔。

进一步的，还包括若干个固定螺栓，端板上均匀设置有若干个螺栓孔，固定螺栓穿设在螺栓孔内，通过固定螺栓将端板与框架混凝土梁或框架混凝土柱固定连接在一起。

进一步的，还包括连接板和若干个连接套管，连接板设置在端板与框架混凝土梁或框架混凝土柱之间；若干个连接套管均匀设置在连接板与框架混凝土梁或框架混凝土柱的接触面上，连接套管与端板上的螺栓孔位置相匹配；

连接套管的一端与连接板垂直固定，且连接套管的中心孔贯通连接板的表面；连接套管的另一端伸入固定设置在框架混凝土梁或框架混凝土柱内；连接套管与连接板连接端的中心孔设置有内螺纹；固定螺栓依次穿过端板和连接板，并与连接套管采用螺纹连接。

进一步的，腹板上的中间开孔以腹板的竖向中轴线对称设置。

进一步的，中间开孔为多边形孔或椭圆形孔，其中，多边形孔的内角设置为倒圆角。

进一步的，多边形孔为四边形孔。

进一步的，钢管混凝土连接件包括钢管和混凝土，钢管的两端分别与第一端板和第二端板垂直焊接固定，混凝土填充设置在钢管内。

进一步的，固定螺栓采用高强螺栓。

进一步的，连接套管采用高强度材料制作。

进一步的，钢管混凝土连接件的横截面为圆形或矩形结构；其中，横截面为矩形结构时，矩形结构的长边为水平方向设置，短边为竖直方向设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，通过端板、钢管混凝土连接件及腹板组合提供节点所需的承载力；通过在腹板上设置中间开孔，削弱了腹板中间部位的横截面积，在外部荷载作用下，腹板上的中间开孔处首先发生屈服变形，形成塑性铰，梁柱连接处的最大变形被转移到了腹板上，消耗一部分能力，避免了梁柱混凝土变形过大发生的脆性破坏；进一步的，当承受较大外部荷载时，由于钢管具有较大的塑性变形，同时內填的混凝土提供了一定的约束作用，钢管进入塑性阶段后承载力还会进一步提高；随着混凝土的逐渐破坏，其承载力逐渐开始下降；在此过程中，钢管混凝土具有较大的塑性变形能力和延性，提供了更高的耗能能力；在截面相同的条件下，本实用新型所述的耗能连接键能够提高更好的承载力、延性及耗能性能；同时，端板与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间采用可拆卸固定连接，保证了耗能连接键受损后能够及时更换和修复；本实用新型结构简单，施工方便，工程适用性强。

进一步的，端板与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间采用固定螺栓连接，固定螺栓与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间摩擦，确保耗能连接键的可靠连接，同时，便于耗能连接键受损后及时更换，保证了快速恢复装配式框架结构的性能，确保结构正常工作，减少了装配式框架结构使用过程中的加固成本，避免了装配式框架结构的拆除重建。

进一步的，通过连接套管预埋设置在框架混凝土梁和框架混凝土柱内，为固定螺栓提供了可靠的锚固条件，提高了耗能连接键的承载力。

进一步的，中间开孔对称设置在腹板的竖向中轴线上，确保了使框架混凝土梁柱节点的变形转移并集中腹板的中间，实现了塑性铰的可控性，确保了腹板变形耗能的均匀性。

进一步的，中间开孔采用多边形孔或椭圆形孔，满足了不同的变形耗能需求；当采用多边形孔时，其内角设置为倒圆角，避免了多边形孔角部的应力集中；采用椭圆形孔时，实现了中间开孔的均匀性，确保了腹板变形稳定可靠。

进一步的，钢管受力进入屈服阶段后，内填混凝土约束了钢管的变形，有效提高了钢管的承载力；同时，将钢管混凝土的横截面设置为圆形或矩形结构时，能够使钢管产生较大的塑性变形，提供了更高的耗能能力。

附图说明

图1为本实用新型所述的装配式框架结构梁柱耗能连接键的立体结构示意图；

图2为本实用新型所述的装配式框架结构梁柱耗能连接键的正面结构示意图；

图3为本实用新型所述的装配式框架结构梁柱耗能连接键的横向截面示意图；

图4为本实用新型所述的装配式框架结构梁柱耗能连接键的组装过程示意图。

其中，1端板，2钢管混凝土连接件，3腹板，4连接板，5固定螺栓，6连接套管，7 框架混凝土梁，8框架混凝土柱；11第一端板，12第二端板；21第一钢管混凝土连接件，22 第二钢管混凝土连接件，201钢管，202混凝土。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如附图1-3所示，本实用新型提供了一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键，包括端板1、钢管混凝土连接件2、腹板3、连接板4、若干个固定螺栓5及若干个连接套管6。

端板1包括竖向平行设置的第一端板11和第二端板12，第一端板11可拆卸固定在框架混凝土梁7上，第二端板12可拆卸固定在框架混凝土柱8上；钢管混凝土连接件2固定设置在第一端板11和第二端板12之间，钢管混凝土连接件2的一端与第一端板11垂直固定连接，钢管混凝土连接件2的另一端与第二端板11垂直固定连接；钢管混凝土连接件2包括钢管201 和混凝土202，钢管201的两端分别与第一端板11和第二端板12垂直焊接固定，混凝土202 填充设置在钢管201内。

钢管混凝土连接件2包括竖向平行设置的第一钢管混凝土连接件21和第二钢管混凝土连接件22，第一钢管混凝土连接件21设置在第二钢管混凝土连接件22的上方；腹板3竖直设置在第一钢管混凝土连接件21和第二钢管混凝土连接件22之间，腹板3的上下两端分别与第一钢管混凝土连接件21及第二钢管混凝土连接件22焊接固定；腹板3、第一钢管混凝土连接件21中心线及第二钢管混凝土连接件22的中心线位于为同一竖直平面内；腹板3的左右两端分别与第一端板11和第二端板12垂直焊接固定；腹板3的中心部位开设有中间开孔，通过在腹板1的中心开设中间开孔，能够适当消弱腹板3中心截面处的承载力，确保耗能连接键的变形转移并集中的耗能连接键处，避免了耗能节点的脆性破坏。

端板1上均匀设置有若干个螺栓孔，若干螺栓孔沿端板1的长度方向均匀设置，并对称分布在腹板3的两侧，固定螺栓5穿设在螺栓孔内；端板1与框架混凝土梁7或框架混凝土柱 8之间设置连接板4，连接板4与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的接触面上均匀设置有若干个连接套管6，连接套管6与端板1上的螺栓孔位置相匹配；连接套管6的一端与连接板4 垂直焊接固定，且连接套管6的中心孔贯通连接板4的表面；连接套管6的另一端伸入固定设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8内；连接套管6与连接板4连接端的中心孔设置有内螺纹；固定螺栓5依次穿过端板1和连接板4，并与连接套管6采用螺纹连接；将连接套管6的一端预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8内，另一端与连接板4焊接固定，为固定螺栓5与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8安装提供了可靠的锚固。

实施例

本实用新型提供了一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键，端板1包括两端平行设置在第一端板11和第二端板12，钢管混凝土连接件2水平设置在第一端板11和第二端板12之间；钢管混凝土连接件2包括两个竖向平行设置的第一钢管混凝土连接件21和第二钢管混凝土连接22，腹板3竖直设置在第一钢管混凝土连接件21和第二钢管混凝土连接件22之间，腹板3的所在平面、第一钢管混凝土连接件21的中心线及第二钢管混凝土连接件22的中心线位于同一竖直平面内；端板1、钢管混凝土连接件2及腹板3构成耗能键；钢管混凝土连接件 2包括钢管201和混凝土202，钢管201采用普通钢材或低屈服点钢材制作而成；钢管混凝土连接件2的横截面为圆形结构或矩形结构；其中，横截面为矩形结构时，矩形结构的长边为水平方向设置，短边为竖直方向设置。

腹板3的上下两端分别与钢管焊接固定，增加了钢管端部的抗剪承载力，避免了钢管根部的破坏强度；腹板3的中心设置中间开孔，腹板3上的中间开孔以腹板3的竖向中轴线对称设置；通过在腹板3的竖向中轴线上设置中间开孔，削弱了该部位的横截面积，将耗能连接键的薄弱部位转移至中间开孔处，使腹板在受力是可以最大程度发挥材料的耗能性能；同时，避免了装置的最大形变集中在焊缝处，避免了耗能连接键的脆性破坏。

优选的，中间开孔为多边形孔或椭圆形孔，其中多边形孔的内角设置为倒圆角，有效避免了多边形孔角部的应力集中，确保了腹板变形耗能的均匀性；采用椭圆形孔时，避免了中间开孔的尺寸突变，减小了应力集中。

固定螺栓5采用高强螺栓，固定螺栓5依次贯穿端板1和连接板4，并与连接套管6固定连接；通过固定螺栓5实现了端板1与框架混凝土梁7或框架梁9的稳定可靠连接，避免了端板1的转动；同时，通过固定螺栓5实现了耗能连接键与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的可拆卸连接，方便了耗能连接键及时更换或修复。在大震作用下，装配式框架结构在耗能连接键处的破坏或变形最为严重，在对结构修复时，只需将固定螺栓5拆下，就可直接取下耗能连接键进行更换，从而可以快速恢复装配式框架结构性能，实现结构正常工作。

连接套管6采用高强钢材料制作，连接套管6的一端与连接板4垂直焊接固定，另一端预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8中，通过连接板4及连接套管6为固定螺栓5提供了可靠的锚固，确保力的可靠传递。

装配过程

如附图4所示，本实用新型所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键的装配过程，包括以下步骤：

步骤1、首先，将设置有内螺纹连接套管6与连接板4焊接固定；然后，将连接套管6和连接板4的组合件预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8浇筑模板的端部；封堵连接套管6的端部，避免混凝土堵塞连接套管6的中心孔；

步骤2、在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的浇筑模板内浇筑混凝土，预制成型框架混凝土梁7和框架混凝土柱8，并完成连接套管6和连接板4的预埋锚固；

步骤3、在钢管201内浇筑混凝土202，待混凝土202强度达到设计要求后，将钢管混凝土连接件2的两端分别与第一端板11及第二端板12焊接固定；并将腹板3焊接固定在端板1 和钢管混凝土连接件2上，完成耗能连接键的制作；

步骤4、将耗能键吊装在框架混凝土梁7和框架混凝土柱8的节点区，采用固定螺栓5 将耗能键固定连接在设置有连接套管6和连接板4的框架混凝土梁7及框架混凝土柱8上，并拧紧固定螺栓5。

工作原理

本实用新型所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，通过在第一端板和第二端板之间设置钢管混凝土，确保了耗能连接键较高的承载力；通过在腹板上设置中间开孔，在外部荷载作用下，腹板上的中间开孔处首先发生屈服变形，形成塑性铰，梁柱连接处的最大变形被转移到了腹板上，消耗一部分能力，避免了梁柱混凝土变形过大发生的脆性破坏；进一步的，当承受较大外部荷载时，由于钢管具有较大的塑性变形，同时內填的混凝土提供了一定的约束作用，钢管进入塑性阶段后承载力还会进一步提高；随着混凝土的逐渐破坏，其承载力逐渐开始下降；在此过程中，钢管混凝土具有较大的塑性变形能力和延性，提供了更高的耗能能力。

本实用新型所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，在节点截面相同的情况下，本实用新型所述的耗能连接键，能够提供更高的承载力、延性及耗能能力；通过该耗能连接键，将框架梁和框架柱连接键处的变形转移到了梁端，并实现了塑性铰的出现位置可控，能够有效避免节点的脆性破坏；采用本实用新型所述的耗能连接键，在装配式框架结构受到地震影响后，通过拆卸固定螺栓，即可实现对该耗能连接键的更换，实现了快速恢复装配式框架结构的性能，保证装配式框架结构的正常工作，减少了后气加固的成本或避免装配式框架结构拆除重建，本实用新型所述的耗能连接键施工简便，造价低廉、工程实用性强。

以上所述仅表示本实用新型的优选实施方式，任何人在不脱离本实用新型的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，包括端板(1)、钢管混凝土连接件(2)及腹板(3)，端板(1)包括竖向平行设置的第一端板(11)和第二端板(12)，第一端板(11)可拆卸固定在框架混凝土梁(7)上，第二端板(12)可拆卸固定在框架混凝土柱(8)上；钢管混凝土连接件(2)垂直固定设置在第一端板(11)和第二端板(12)之间，钢管混凝土连接件(2)包括竖向平行设置的第一钢管混凝土连接件(21)和第二钢管混凝土连接件(22)；

腹板(3)竖直设置在第一钢管混凝土连接件(21)和第二钢管混凝土连接件(22)之间，腹板(3)的上下两端分别与第一钢管混凝土连接件(21)及第二钢管混凝土连接件(22)固定连接，腹板(3)的左右两端分别与第一端板(11)和第二端板(12)垂直固定连接，腹板(3)的中间部位设置有中间开孔。

2.根据权利要求1所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，还包括若干个固定螺栓(5)，端板(1)上均匀设置有若干个螺栓孔，固定螺栓(5)穿设在螺栓孔内，通过固定螺栓(5)将端板(1)与框架混凝土梁(7)或框架混凝土柱(8)固定连接在一起。

3.根据权利要求2所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，还包括连接板(4)和若干个连接套管(6)，连接板(4)设置在端板(1)与框架混凝土梁(7)或框架混凝土柱(8)之间；若干个连接套管(6)均匀设置在连接板(4)与框架混凝土梁(7)或框架混凝土柱(8)的接触面上，连接套管(6)与端板(1)上的螺栓孔位置相匹配；

连接套管(6)的一端与连接板(4)垂直固定，且连接套管(6)的中心孔贯通连接板(4)的表面；连接套管(6)的另一端伸入固定设置在框架混凝土梁(7)或框架混凝土柱(8)内；连接套管(6)与连接板(4)连接端的中心孔设置有内螺纹；固定螺栓(5)依次穿过端板(1)和连接板(4)，并与连接套管(6)采用螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，腹板(3)上的中间开孔以腹板(3)的竖向中轴线对称设置。

5.根据权利要求4所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，中间开孔为多边形孔或椭圆形孔，其中，多边形孔的内角设置为倒圆角。

6.根据权利要求5所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，多边形孔为四边形孔。

7.根据权利要求1所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，钢管混凝土连接件(2)包括钢管(201)和混凝土(202)，钢管(201)的两端分别与第一端板(11)和第二端板(12)垂直焊接固定，混凝土(202)填充设置在钢管(201)内。

8.根据权利要求1所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，固定螺栓(5)采用高强螺栓。

9.根据权利要求3所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，连接套管(6)采用高强度材料制作。

10.根据权利要求1所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，其特征在于，钢管混凝土连接件(2)的横截面为圆形或矩形结构；其中，横截面为矩形结构时，矩形结构的长边为水平方向设置，短边为竖直方向设置。

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