專利名稱：自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種裝配式鋼筋混凝土框架的梁柱連接裝置，用于耗散地震能量，并消 除或降低框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的殘余變形和損傷，從而減少震后修復(fù)的代價。
背景技術(shù)：
地震是全人類共同面對的自然災(zāi)害之一。歷年來的多次強(qiáng)震，對人們的生命和財 產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。國內(nèi)外的震害調(diào)查表明，對于常見的框架結(jié)構(gòu)，其節(jié)點(diǎn)區(qū)的震害 非常普遍。由于節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力較為復(fù)雜，在地震作用下，該部位往往成為整個結(jié)構(gòu)體系中最 薄弱的環(huán)節(jié)。同時，由于節(jié)點(diǎn)在框架中起著傳遞、分配內(nèi)力和保證結(jié)構(gòu)整體性的重要作用， 其破壞往往將導(dǎo)致整個框架喪失承載力，甚至結(jié)構(gòu)倒塌。此外，節(jié)點(diǎn)區(qū)的震后修復(fù)難度較 大。因此，針對梁柱連接方式的改進(jìn)非常重要而有意義。在傳統(tǒng)的現(xiàn)澆框架中，結(jié)構(gòu)主要通過自身的塑性變形進(jìn)行耗能，地震后存在殘余 變形，給修復(fù)和后續(xù)使用帶來困難。裝配式鋼筋混凝土框架盡管具有生產(chǎn)速度快、質(zhì)量穩(wěn) 定、節(jié)約模板等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接可靠性較差，因此在地震區(qū)的應(yīng)用受 到限制。按是否需要后澆混凝土，框架的連接總體上可分為“濕連接”和“干連接”兩種，前 者目前應(yīng)用較多，但濕連接仍需現(xiàn)澆混凝土，模板、支撐和養(yǎng)護(hù)大大削弱了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu) 施工速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)。“干連接”除了可以明顯提高工效之外，和“濕連接”的另一個 不同在于在濕連接框架中，設(shè)計允許的塑性變形往往設(shè)置在連接區(qū)以外的區(qū)域，連接區(qū)保 持彈性；而“干連接”的框架則力求預(yù)制構(gòu)件保持在彈性范圍，塑性變形盡量控制在連接區(qū) 本身，因此與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，“干連接”裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的破壞程度要小得多，容易實(shí)現(xiàn)震 后修復(fù)。但是采用“干連接”的裝配式框架的耗能能力弱，梁柱在發(fā)生相對轉(zhuǎn)角的時候，梁 端混凝土?xí)^早地出現(xiàn)局壓破壞，從而影響整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了克服傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架以及裝配式混凝土框架的不足， 本發(fā)明提供了一種設(shè)計簡單、加工方便、效果顯著的自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接 裝置，可以有效地降低結(jié)構(gòu)在地震作用下的殘余變形從而減少震后修復(fù)的代價。技術(shù)方案采用工廠預(yù)制的鋼筋混凝土梁、柱，經(jīng)現(xiàn)場經(jīng)吊裝就位，將預(yù)應(yīng)力鋼絞 線穿過梁柱中預(yù)留的孔道，然后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。后張的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線既是施工階 段的拼裝手段，又可以在使用階段承受梁端彎矩。為了提高節(jié)點(diǎn)的耗能能力，在梁柱接觸部 位設(shè)置摩擦耗能件。該耗能件以組合鋼件構(gòu)成耗能裝置，該耗能裝置包括外摩擦鋼板、柱端 加強(qiáng)鋼板、梁端加強(qiáng)鋼板、摩擦片、內(nèi)摩擦鋼板、摩擦型高強(qiáng)螺栓組成；其中，外摩擦鋼板有 兩個，分別對稱設(shè)置于柱端加強(qiáng)鋼板的兩側(cè)且與柱端加強(qiáng)鋼板連為一個整體，在兩個外摩 擦鋼板之間設(shè)有兩個內(nèi)摩擦鋼板，在兩個內(nèi)摩擦鋼板的上端和和下端分別設(shè)置一塊梁端加 強(qiáng)鋼板，在兩個內(nèi)摩擦鋼板與外摩擦鋼板之間分別設(shè)有摩擦片，摩擦型高強(qiáng)螺栓穿過外摩擦鋼板、摩擦片、內(nèi)摩擦鋼板和預(yù)制混凝土梁，將各部件固定在一起。在柱端加強(qiáng)鋼板上焊接抗剪栓釘。在梁端加強(qiáng)鋼板上焊接抗剪栓釘。摩擦型高強(qiáng)螺栓上配有貝爾維爾圓盤彈簧 墊圈。與傳統(tǒng)的裝配式結(jié)構(gòu)不同，自定心框架的梁柱接觸面在裝配后不再澆筑混凝土或 進(jìn)行化學(xué)灌漿(縫)，而是完全依靠預(yù)應(yīng)力提供的接觸面摩擦力承擔(dān)剪力。當(dāng)梁端彎矩超過 接觸面的消壓彎矩時，節(jié)點(diǎn)張開，鋼絞線應(yīng)力隨之增加。地震作用后，框架在鋼絞線預(yù)應(yīng)力 的作用下回復(fù)到原先的豎向中心位置(自定心)，從而消除(或大大降低)結(jié)構(gòu)在地震作用 下的殘余變形，并且梁柱等主體結(jié)構(gòu)的變形可基本控制在彈性范圍內(nèi)(無損)。本發(fā)明采用“自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)連接裝置”，重點(diǎn)解決裝配式框架節(jié)點(diǎn) 的耗能和梁端混凝土的局部承壓問題，并通過預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，使得結(jié)構(gòu)具有自定心功能(地 震后結(jié)構(gòu)自動復(fù)位)，有效地消除或減少了結(jié)構(gòu)的殘余變形，保證了主體結(jié)構(gòu)在地震作用下 的安全，減少了震后修復(fù)的代價。鑒于鋼筋混凝土框架在我國的應(yīng)用廣泛，而框架節(jié)點(diǎn)的震害非常普遍并且加固修 復(fù)的難度較大，同時，建筑標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化電是當(dāng)前的發(fā)展趨勢，因此本申請具有 積極的社會意義和科學(xué)意義。有益效果；采用本申請的“自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)連接裝置”后，裝配式框架節(jié)點(diǎn)的耗能和梁端混凝土的局部承壓問題將得到有效改善，從而獲得以下優(yōu)異的性能1)具有自定心能力，大大減小了震后的殘余變形；2)震后的損傷小，并且集中在耗能件等附屬構(gòu)件上，而梁柱等主要構(gòu)件基本保持 彈性，從而便于修復(fù)；3)大部分構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，然后現(xiàn)場組裝，有利于加快施工進(jìn)度、保證質(zhì)量和 減少人工成本；4)采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，節(jié)點(diǎn)的初始剛度大；5)豎向剪力主要由梁柱接觸面的摩擦以及耗能構(gòu)件承擔(dān)，具有良好的結(jié)構(gòu)冗余 度；即使部分鋼絞線拉斷，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)工作；6)柱截面尺寸可以得到減小；
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1為采用本發(fā)明裝置后框架的三維示意2為采用本發(fā)明裝置后的框架側(cè)面圖；圖3為預(yù)制柱及其預(yù)埋件的剖面圖；圖4為預(yù)制梁及其預(yù)埋件的剖面圖；圖5為圖1的A-A剖面；圖6為圖1的B-B剖面；圖7為外摩擦鋼板及其上的開洞；圖8為采用本方面裝置后的框架節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)震作用下的變形圖。圖中有預(yù)制混凝土柱1 ；預(yù)制混凝土梁2 ；外摩擦鋼板3 ；柱端加強(qiáng)鋼板4 ；梁端加 強(qiáng)鋼板5 ；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線6 ；抗剪栓釘7 ；內(nèi)摩擦鋼板8 ；螺旋箍筋9 ；預(yù)留的摩擦螺栓 孔10 ；預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨具11 ；摩擦型高強(qiáng)螺栓12 ；外摩擦鋼板上的預(yù)留孔13 ；貝爾維爾圓盤彈簧墊圈14 ；摩擦片15。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置主要由梁柱預(yù)埋鋼件和摩擦耗能裝置兩部分組成。梁柱預(yù)埋鋼件主要包括柱端加強(qiáng)鋼板4和梁端加強(qiáng)鋼板5、抗剪栓釘7，預(yù)制梁的端部還可以加入螺旋箍9。柱端加強(qiáng)鋼板4和梁端加強(qiáng)鋼板5用于提高鋼筋混凝土的局部抗壓能力，抗剪栓釘7焊接在加強(qiáng)鋼板上，用于提高鋼板和預(yù)制混凝土構(gòu)件的共同工作性能，螺旋箍9則用于對梁端的混凝土提供約束，提高混凝土的局部承壓能力。上述鋼件均在工廠和預(yù)制混凝土柱1、預(yù)制混凝土梁2 —起預(yù)制。摩擦耗能件以組合鋼件構(gòu)成耗能裝置，該耗能裝置包括外摩擦鋼板3、柱端加強(qiáng)鋼板4、梁端加強(qiáng)鋼板5、摩擦片15、內(nèi)摩擦鋼板8、摩擦型高強(qiáng)螺栓12組成；其中，外摩擦鋼板3有兩個，分別對稱設(shè)置于柱端加強(qiáng)鋼板4的兩側(cè)且與柱端加強(qiáng)鋼板4連為一個整體，在兩個外摩擦鋼板3之間設(shè)有兩個內(nèi)摩擦鋼板8，在兩個內(nèi)摩擦鋼板8的上端和和下端分別設(shè)置一塊梁端加強(qiáng)鋼板5，在兩個內(nèi)摩擦鋼板8與外摩擦鋼板3之間分別設(shè)有摩擦片15，摩擦型高強(qiáng)螺栓12穿過外摩擦鋼板3、摩擦片15、內(nèi)摩擦鋼板8和預(yù)制混凝土梁2，將各部件固定在一起。其中，摩擦型高強(qiáng)螺栓12穿過預(yù)留的摩擦螺栓孔10并經(jīng)過貝爾維爾圓盤彈簧墊圈14將外摩擦鋼板3、摩擦片15和內(nèi)摩擦鋼板8壓緊。通過摩擦型螺栓12上的預(yù)應(yīng)力，提供了垂直于摩擦面的正向壓力。當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)震作用下發(fā)生如圖8所示的相對轉(zhuǎn)動時，摩擦片15和內(nèi)摩擦鋼板的接觸面將通過摩擦耗散地震能量。預(yù)留的摩擦螺栓孔10和內(nèi)摩擦鋼板8均在工廠和預(yù)制混凝土梁2 —起預(yù)制。在框架裝配后，外摩擦鋼板3和柱端加強(qiáng)鋼板4焊接。外摩擦鋼板3的腹板上按節(jié)點(diǎn)可能發(fā)生的相對變形的大小預(yù)留了一定直徑的孔13，從而保證摩擦型高強(qiáng)螺栓12在節(jié)點(diǎn)變形過程中不至于被外摩擦鋼板3剪切。摩擦片15附著在外摩擦鋼板3的內(nèi)側(cè)或附著在內(nèi)摩擦鋼板8上。水平布置的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線6對框架梁產(chǎn)生壓力并承受彎矩，梁端的剪力由梁柱接觸面上的摩擦力承擔(dān)。當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_(dá)到一定程度時，梁柱的接觸面張開(如圖8所示)，并通過摩擦耗能裝置的變形并耗能，從而避免了預(yù)制混凝土柱1和預(yù)制混凝土梁2等主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下恢復(fù)到原先的豎向位置(自定心)。
權(quán)利要求
一種自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征在于該連接裝置以組合鋼件構(gòu)成耗能裝置，該耗能裝置包括外摩擦鋼板(3)、柱端加強(qiáng)鋼板(4)、梁端加強(qiáng)鋼板(5)、摩擦片(15)、內(nèi)摩擦鋼板(8)、摩擦型高強(qiáng)螺栓(12)組成；其中，外摩擦鋼板(3)有兩個，分別對稱設(shè)置于柱端加強(qiáng)鋼板(4)的兩側(cè)且與柱端加強(qiáng)鋼板(4)連為一個整體，在兩個外摩擦鋼板(3)之間設(shè)有兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)，在兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)的上端和和下端分別設(shè)置一塊梁端加強(qiáng)鋼板(5)，在兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)與外摩擦鋼板(3)之間分別設(shè)有摩擦片(15)，摩擦型高強(qiáng)螺栓(12)穿過外摩擦鋼板(3)、摩擦片(15)、內(nèi)摩擦鋼板(8)和預(yù)制混凝土梁(2)，將各部件固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是在柱端 加強(qiáng)鋼板(4)上焊接抗剪栓釘(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是在梁端 加強(qiáng)鋼板(5)上焊接抗剪栓釘(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是摩擦型 高強(qiáng)螺栓(12)上配有貝爾維爾圓盤彈簧墊圈(14)。
全文摘要
自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的節(jié)點(diǎn)連接裝置是一種用于裝配式鋼筋混凝土框架梁柱連接的裝置，旨在改善地震作用下框架結(jié)構(gòu)的耗能，并消除或降低結(jié)構(gòu)的殘余變形和損傷。該連接裝置以組合鋼件構(gòu)成耗能裝置，該耗能裝置中，外摩擦鋼板(3)有兩個，分別對稱設(shè)置于柱端加強(qiáng)鋼板(4)的兩側(cè)且與柱端加強(qiáng)鋼板(4)連為一個整體，在兩個外摩擦鋼板(3)之間設(shè)有兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)，在兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)的上端和和下端分別設(shè)置一塊梁端加強(qiáng)鋼板(5)，在兩個內(nèi)摩擦鋼板(8)與外摩擦鋼板(3)之間分別設(shè)有摩擦片(15)，摩擦型高強(qiáng)螺栓(12)穿過外摩擦鋼板(3)、摩擦片(15)、內(nèi)摩擦鋼板(8)和預(yù)制混凝土梁(2)，將各部件固定在一起。
文檔編號E04B1/22GK101798849SQ20101013381
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者宋良龍, 郭彤 申請人:東南大學(xué)