一种自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点

摘要

一种自复位剪切‑约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点，包括预制柱（1）、预制梁（2）、销轴（8）、剪切‑屈曲板（9）和弹性件（12），所述预制柱（1）和预制梁（2）分别与柱双T形连接板（6）和梁T形连接板（7）固连，柱双T形连接板（6）和梁T形连接板（7）通过销轴（8）铰接连接；剪切‑屈曲板（9）通过螺栓约束在第一约束板（10）和第二约束板（11）之间；剪切‑屈曲板（9）和弹性件（12）分别通过螺栓和夹具（13）固定在柱双T形连接板（6）和梁T形连接板（7）之间。本发明将梁的变形和耗能集中在连接位置处，实现了多梯段提供耗能和抗弯刚度，避免了构件发生较大的塑性损伤，可快速恢复结构功能。

说明书

技术领域

本发明涉及装配式结构节点技术，主要用于装配式框架结构梁柱节点。

背景技术

建筑业作为国民经济的支柱产业，目前主要依赖资源要素投入、大规模投资拉动发展，其工业化、信息化水平较低，生产方式粗放、劳动效率不高、能源资源消耗较大、科技创新能力不足等问题比较突出。近年来，国家前后提出建筑工业化和韧性城乡的战略发展方向，发展装配式建造方式和可恢复功能技术成为促进建筑工业化和结构功能可恢复发展的必然要求。

装配式钢筋混凝土结构体系的抗震性能关键在于连接区域（节点及拼缝）的性能，连接区域需要具有足够的强度、刚度、延性和耗能等抗震性能，同时根据结构可恢复性的要求还应具有自复位、可更换等的性能目标，此外要方便施工，保证施工质量。

目前装配式钢筋混凝土框架结构节点连接形式按施工方法的不同可以分为装配整体式和全装配式。装配整体式混凝土框架结构中叠合梁或柱为预制构件，梁柱连接节点通过钢筋搭接或焊接、型钢栓接或焊接、套筒灌浆连接等方式连接后现场浇注混凝土或灌注高强砂浆形成整体。装配整体式混凝土框架结构与纯现浇混凝土框架结构相比工期优势不明显且造价有所提升，现场湿作业仍较多且处于流水关键线路，节点区钢筋搭接材料消耗量大，施工避让困难，安装难度大、效率低，现场支撑较纯现浇减少有限，节点施工质量难以保证，最终影响结构性能。在试验模拟研究或地震灾害调研后发现，装配整体式框架节点均表现出连接节点或新旧混凝土接触面附近率先进入损伤破坏的现象，连接节点处损伤发展难以控制，同时结构耗能能力弱，累计损伤明显，残余变形大，延性低，无法实现自复位，损伤破坏或达到使用寿命后节点或构件无法实现拆卸或更换，结构难以修复。

全装配式混凝土框架结构中梁或柱均为预制构件，梁柱间通过预应力筋、预埋连接件焊接或螺栓等干式连接方式进行连接。全装配式混凝土框架结构减少了后浇混凝土施工使得现场安装简便，采用焊接或螺栓等干式连接方式使得工作效率和施工质量均高于较装配整体式连接。研究发现，通过合理设计连接节点的承载力、耗能能力以及延性均能达到或优于现浇节点，但目前提出的节点连接构造形式多样，设计方法不尽相同，连接节点的失效模式也明显不同，结构塑性损伤发展难以控制，螺栓或焊接连接节点塑性发展较快，残余变形较大，难以实现自复位，节点损伤破坏后拆卸更换困难，难以实现结构功能的快速恢复。

随着装配式结构的广泛应用和研究的深入开展，各类新型节点连接形式接连相继被提出，为构造合理、性能优良的节点连接形式的研发提供了新的方向。目前关于装配式混凝土节点连接的研究多集中在加强节点本身的抗震性能，对于兼顾施工安装简洁高效、抗震性能优良、适应不同强度外荷载及可恢复功能的连接形式有待进一步深入的研发。

发明内容

本发明的目的是提供一种自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点。

本发明是一种自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点，包括预制柱1、预制梁2、销轴8、剪切-屈曲板9和弹性件12，双工字形钢筒3包括腹板3-1、翼缘3-2和加劲板3-3，所述预制柱1在核心区内预埋双工字形钢筒3，所述预制梁2在端部预埋锚接型钢4，所述锚接型钢4在梁端部焊接梁端板5；所述柱双T形连接板的第一立板6-1与双工字形钢筒的翼缘3-2通过螺栓固连，所述梁T形连接板的第二立板7-1与梁端板5通过螺栓固连，所述柱双T形连接板的第一耳板6-2和梁T形连接板的第二耳板7-2通过销轴8铰接连接；所述剪切-屈曲板9通过螺栓约束在第一约束板10和第二约束板11之间，所述剪切-屈曲板9的两端分别与第一立板6-1、第二立板7-1通过螺栓固连；所述弹性件12通过夹具13张拉固定在第一立板6-1和第二立板7-1之间。

本发明的有益之处是：1）现场干作业施工，节点连接质量易保证。梁柱构件在工厂预制时预埋连接件，现场安装时只需要将各部件就位后通过螺栓连接即可，全程干作业施工，安装简洁，节点连接质量易保证。

2）结构损伤位置可控，耗能机理明确。本发明节点采用销轴铰接连接方式，将梁端塑性铰区域和结构变形集中在销轴铰接处，同时剪切-屈曲板通过剪切和约束屈曲耗散地震能量，可有效减小预制构件的塑性损伤。

3）连接节点随变形增加可实现多梯段作用。本发明节点剪切-屈曲板采用剪切+屈曲约束设计，可实现不同强度外荷载作用下分梯段提供抗弯刚度和耗能。通过合理设计，小震下剪切-屈曲板可以提供足够的抗弯刚度且保持弹性，中震作用下剪切-屈曲板剪切耗能段率先屈服耗能，随着地震作用增大，大震时芯板转变为屈曲约束机制，可以提供更大的抗弯刚度和耗能。

4）较好实现自复位，有效减小震后残余变形。本发明节点通过预应力弹性件实现结构自复位功能，在较强地震作用下剪切-屈曲板剪切耗能段会出现一定的残余变形，但在合理设计的预应力水平下可以有效的减小残余变形，较好实现自复位功能。

5）构件易拆卸更换，可快速实现功能恢复。本发明节点各连接部件之间全部采用螺栓或销轴连接，在经历地震等作用发生较大损伤破坏或达到使用寿命后可对损伤较大的剪切-屈曲板或整个连接节点拆卸，并及时更换，使结构能迅速恢复到设计的抗震水平，实现结构功能快速恢复。

附图说明

图1为自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点整体示意图，图2为双工字形钢筒的结构示意图，图3为双工字形钢筒的腹板的结构示意图，图4为双工字形钢筒的加劲板的结构示意图，图5为锚接型钢与梁端板的连接示意图，图6为柱双T形连接板的结构示意图，图7为梁T形连接板的结构示意图，图8为剪切-屈曲板的结构示意图，图9为剪切-屈曲板与第一、第二约束板的连接示意图，图10为自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点部件装配示意图。附图标记及对应名称为：1-预制柱，2-预制梁，3-双工字形钢筒，3-1-双工字形钢筒的腹板，3-2-双工字形钢筒的翼缘，3-3-双工字形钢筒的加劲板，4-锚接型钢，5-梁端板，6-柱双T形连接板，6-1-柱双T形连接板的第一立板，6-2-柱双T形连接板的第一耳板，6-3-柱双T形连接板的C形卡槽，7-梁T形连接板，7-1-梁T形连接板的第二立板，7-2-梁T形连接板的第二耳板，7-3-梁T形连接板的梯形角板，8-销轴，9-剪切-屈曲板，9-1-剪切-屈曲板的芯板，9-2-剪切-屈曲板的围板，9-3-剪切-屈曲板的芯板限位板，9-4-剪切-屈曲板的围板限位板，9-5-剪切-屈曲板的芯板连接端，9-6-剪切-屈曲板的围板连接端，10-第一约束板，11-第二约束板，12-弹性件，13-夹具。

具体实施方式

如图1～图10所示，本发明是一种自复位剪切-约束屈曲型损伤可控装配式梁柱节点，包括预制柱1、预制梁2、销轴8、剪切-屈曲板9和弹性件12，双工字形钢筒3包括腹板3-1、翼缘3-2和加劲板3-3，所述预制柱1在核心区内预埋双工字形钢筒3，所述预制梁2在端部预埋锚接型钢4，所述锚接型钢4在梁端部焊接梁端板5；所述柱双T形连接板的第一立板6-1与双工字形钢筒的翼缘3-2通过螺栓固连，所述梁T形连接板的第二立板7-1与梁端板5通过螺栓固连，所述柱双T形连接板的第一耳板6-2和梁T形连接板的第二耳板7-2通过销轴8铰接连接；所述剪切-屈曲板9通过螺栓约束在第一约束板10和第二约束板11之间，所述剪切-屈曲板9的两端分别与第一立板6-1、第二立板7-1通过螺栓固连；所述弹性件12通过夹具13张拉固定在第一立板6-1和第二立板7-1之间。

如图1、图6、图10所示，第一立板6-1为矩形板，与两个第一耳板6-2垂直焊接连接，在第一立板6-1上开设连接螺栓孔，四角分别焊接C形卡槽6-3，所述C形卡槽6-3的截面呈C形，在其中间板内开设圆孔，用于固定弹性件12。

如图1～图4所示，腹板3-1由两个带矩形开口的钢板相互垂直交叉呈十字形焊接组合而成，无约束段钢板上开设圆孔，圆孔大小及数量根据腹板3-1的受力性能与混凝土浇筑施工质量确定；所述腹板3-1与翼缘3-2采用焊接垂直固连，所述加劲板3-3水平焊接在腹板3-1与翼缘3-2之间；所述翼缘3-2为开设有连接螺栓孔的矩形钢板，外表面与预制柱1表面共平面；所述加劲板3-3为带有三个直角的五边形钢板，其中三个直角进行倒切角处理，所述加劲板3-3通过四条直角边与腹板3-1及翼缘3-2焊接固连，无约束段钢板上开设圆孔；所述加劲板3-3在腹板3-1的四个角筒中均共高度设置，能根据设计需求确定加劲板3-3设置数量。

如图1、图7、图10所示，第二立板7-1与第二耳板7-2垂直焊接连接，在第二立板7-1上开设连接螺栓孔，四角长边侧向外延伸出梯形角板7-3，梯形角板7-3中心开设圆孔，用于固定弹性件12。

如图1、图8、图9、图10所示，剪切-屈曲板9的纵截面呈槽形，中间平直段沿纵向开设两列菱形孔，形成鱼骨形的芯板9-1和双肢锯齿形的围板9-2，相邻菱形孔之间芯板9-1和围板9-2的连接段作为剪切耗能段；所述剪切-屈曲板9的两端竖板分别为芯板连接端9-5和围板连接端9-6；所述芯板9-1在靠近围板连接端9-6的一侧设置芯板限位板9-3，所述芯板限位板9-3与围板9-2断开，所述芯板连接端9-5与芯板9-1之间的过渡段呈梯形，并与围板9-2的两肢断开；所述围板9-2的两肢均开设螺栓孔，在芯板限位板9-3与菱形孔之间设围板限位板9-4，围板限位板9-4与芯板9-1断开。

如图8所示，所述芯板限位板9-3分别与围板限位板9-4、围板连接端9-6之间的距离根据结构在中震作用下最大层间位移角确定，所述围板9-2的两肢与芯板连接端9-5的过渡段之间的距离根据结构在大震作用下最大层间位移角确定，所述菱形孔数目及间距根据节点所需抗弯刚度和耗能能力确定，每列端部菱形孔在芯板9-1与围板9-2断开处预留足够相对运动空间。

如图1、图8所示，所述芯板9-1的中部能增设长圆孔，同时在第一约束板10和第二约束板11对应长圆孔中心位置处增设螺栓孔，通过螺栓加强对芯板9-1的约束。

如图1、图8所示，所述剪切-屈曲板9的菱形孔采用椭圆孔，或者圆孔，或者正多边形孔，或者是能使芯板9-1和围板9-2连接段产生剪切耗能或弯剪耗能的其他孔形代替。