[发明专利]自定心预应力混凝土框架的节点连接装置

说明书

技术领域

本发明为一种装配式钢筋混凝土框架的梁柱连接装置，用于耗散地震能量，并消除或降低框架结构在地震作用下的残余变形和损伤，从而减少震后修复的代价。

背景技术

地震是全人类共同面对的自然灾害之一。历年来的多次强震，对人们的生命和财产安全构成了严重的威胁。国内外的震害调查表明，对于常见的框架结构，其节点区的震害非常普遍。由于节点区的受力较为复杂，在地震作用下，该部位往往成为整个结构体系中最薄弱的环节。同时，由于节点在框架中起着传递、分配内力和保证结构整体性的重要作用，其破坏往往将导致整个框架丧失承载力，甚至结构倒塌。此外，节点区的震后修复难度较大。因此，针对梁柱连接方式的改进非常重要而有意义。

在传统的现浇框架中，结构主要通过自身的塑性变形进行耗能，地震后存在残余变形，给修复和后续使用带来困难。装配式钢筋混凝土框架尽管具有生产速度快、质量稳定、节约模板等优点，但传统的装配式结构的节点连接可靠性较差，因此在地震区的应用受到限制。按是否需要后浇混凝土，框架的连接总体上可分为“湿连接”和“干连接”两种，前者目前应用较多，但湿连接仍需现浇混凝土，模板、支撑和养护大大削弱了预制装配式结构施工速度快、成本低的优点。“干连接”除了可以明显提高工效之外，和“湿连接”的另一个不同在于：在湿连接框架中，设计允许的塑性变形往往设置在连接区以外的区域，连接区保持弹性；而“干连接”的框架则力求预制构件保持在弹性范围，塑性变形尽量控制在连接区本身，因此与现浇结构相比，“干连接”装配式混凝土结构的破坏程度要小得多，容易实现震后修复。但是采用“干连接”的装配式框架的耗能能力弱，梁柱在发生相对转角的时候，梁端混凝土会较早地出现局压破坏，从而影响整体结构的抗震性能。

发明内容

技术问题：为了克服传统的现浇钢筋混凝土框架以及装配式混凝土框架的不足，本发明提供了一种设计简单、加工方便、效果显著的自定心预应力混凝土框架的节点连接装置，可以有效地降低结构在地震作用下的残余变形从而减少震后修复的代价。

技术方案：采用工厂预制的钢筋混凝土梁、柱，经现场经吊装就位，将预应力钢绞线穿过梁柱中预留的孔道，然后进行预应力张拉。后张的无粘结预应力钢绞线既是施工阶段的拼装手段，又可以在使用阶段承受梁端弯矩。为了提高节点的耗能能力，在梁柱接触部位设置摩擦耗能件。该耗能件以组合钢件构成耗能装置，该耗能装置包括外摩擦钢板、柱端加强钢板、梁端加强钢板、摩擦片、内摩擦钢板、摩擦型高强螺栓组成；其中，外摩擦钢板有两个，分别对称设置于柱端加强钢板的两侧且与柱端加强钢板连为一个整体，在两个外摩擦钢板之间设有两个内摩擦钢板，在两个内摩擦钢板的上端和和下端分别设置一块梁端加强钢板，在两个内摩擦钢板与外摩擦钢板之间分别设有摩擦片，摩擦型高强螺栓穿过外摩擦钢板、摩擦片、内摩擦钢板和预制混凝土梁，将各部件固定在一起。在柱端加强钢板上焊接抗剪栓钉。在梁端加强钢板上焊接抗剪栓钉。摩擦型高强螺栓上配有贝尔维尔圆盘弹簧垫圈。

与传统的装配式结构不同，自定心框架的梁柱接触面在装配后不再浇筑混凝土或进行化学灌浆(缝)，而是完全依靠预应力提供的接触面摩擦力承担剪力。当梁端弯矩超过接触面的消压弯矩时，节点张开，钢绞线应力随之增加。地震作用后，框架在钢绞线预应力的作用下回复到原先的竖向中心位置(自定心)，从而消除(或大大降低)结构在地震作用下的残余变形，并且梁柱等主体结构的变形可基本控制在弹性范围内(无损)。

本发明采用“自定心预应力混凝土框架节点连接装置”，重点解决装配式框架节点的耗能和梁端混凝土的局部承压问题，并通过预应力构件，使得结构具有自定心功能(地震后结构自动复位)，有效地消除或减少了结构的残余变形，保证了主体结构在地震作用下的安全，减少了震后修复的代价。

鉴于钢筋混凝土框架在我国的应用广泛，而框架节点的震害非常普遍并且加固修复的难度较大，同时，建筑标准化、工业化和产业化电是当前的发展趋势，因此本申请具有积极的社会意义和科学意义。

有益效果；采用本申请的“自定心预应力混凝土框架节点连接装置”后，装配式框架节点的耗能和梁端混凝土的局部承压问题将得到有效改善，从而获得以下优异的性能：

1)具有自定心能力，大大减小了震后的残余变形；

2)震后的损伤小，并且集中在耗能件等附属构件上，而梁柱等主要构件基本保持弹性，从而便于修复；

3)大部分构件可以在工厂预制，然后现场组装，有利于加快施工进度、保证质量和减少人工成本；

4)采用预应力技术，节点的初始刚度大；