專利名稱：摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種摩擦耗能型自定心墩、柱的連接裝置，用于耗散地震能量、減少主體 結(jié)構(gòu)的損傷，并通過豎向布置的預(yù)應(yīng)力筋消除或減少墩、柱結(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(jià)。
背景技術(shù)：
地震是全人類共同面對(duì)的自然災(zāi)害之一。歷年來的多次強(qiáng)震，對(duì)人們的生命和財(cái) 產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。國(guó)內(nèi)外的震害調(diào)查表明，對(duì)于常見的橋墩結(jié)構(gòu)，其橋墩根部與承 臺(tái)連接部位的震害非常普遍。由于橋墩節(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(gè)橋梁體系中最薄弱的環(huán)節(jié)之一，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余變形，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體安全 性造成較大影響并給震后修復(fù)帶來很大的難度。在建筑結(jié)構(gòu)中，框架柱和基礎(chǔ)的連接部位 也存在類似問題。在傳統(tǒng)的墩柱結(jié)構(gòu)中，墩(柱)和承臺(tái)(樓板采用整體一次性澆筑。在地震作用 下，結(jié)構(gòu)主要通過鋼筋、混凝土的塑性變形進(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。本申請(qǐng)采用“摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置”，通過豎向布置的 預(yù)應(yīng)力筋，使得墩柱結(jié)構(gòu)具有自定心功能(地震后結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(jià)。通過本發(fā)明 中的耗能部件，避免了墩柱結(jié)構(gòu)自身的損傷。鑒于鋼筋混凝土橋墩和框架柱在我國(guó)應(yīng)用廣泛，而墩柱結(jié)構(gòu)的震害非常普遍并且 加固修復(fù)的難度較大，因此本申請(qǐng)具有積極的社會(huì)意義和科學(xué)意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了克服傳統(tǒng)的現(xiàn)澆墩柱結(jié)構(gòu)在地震作用下殘余變形過大的缺點(diǎn)，本 發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工方便、效果顯著的自定心墩柱結(jié)構(gòu)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(jià)。技術(shù)方案本發(fā)明的摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置包括角鋼、摩擦片、 摩擦螺栓、墩柱加強(qiáng)鋼板，其中，墩柱加強(qiáng)鋼板包在墩柱的下端與混凝土墩柱連為一體，角 鋼包在墩柱加強(qiáng)鋼板的下部和外側(cè)，角鋼的一條直角邊設(shè)在墩柱加強(qiáng)鋼板的外側(cè)，另一條 直角邊位于墩柱加強(qiáng)鋼板的下端，摩擦片位于墩柱加強(qiáng)鋼板與角鋼之間，摩擦螺栓穿過角 鋼、摩擦片、墩柱加強(qiáng)鋼板和混凝土墩柱，將混凝土墩柱的下端固定在節(jié)點(diǎn)連接裝置上。所述的墩柱加強(qiáng)鋼板的下端與承臺(tái)的接觸面上預(yù)埋基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板，所述預(yù)埋鋼板 上焊接抗剪栓釘或短鋼筋以增加鋼板與混凝土的連接性能。在混凝土墩柱中預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)穿入無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋并進(jìn)行張 拉。預(yù)應(yīng)力筋采用鋼筋、鋼絞線或碳纖維束。有益效果采用本申請(qǐng)的“摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置”后，墩 柱-承臺(tái)(基礎(chǔ))的節(jié)點(diǎn)區(qū)耗能以及和柱端混凝土的局部承壓?jiǎn)栴}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，而墩柱等主要構(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(chǎng)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)水平剪力主要由墩柱-承臺(tái)(基礎(chǔ))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(碳纖維)拉斷，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)工作；6)墩柱的截面尺寸可以得到減?。?br>

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1為采用本發(fā)明裝置后墩柱結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(x-z平面)圖2為圖1中的A-A剖面(x-y平面圖)；圖3為采用本發(fā)明裝置后墩柱結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖(y_z平面)圖4為采用本發(fā)明裝置后的墩柱在y向強(qiáng)震作用下的變形圖。圖中有混凝土墩柱1 ；承臺(tái)(基礎(chǔ))2 ；預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道3 ；墩柱加強(qiáng)鋼板4 ；摩 擦片5 ；摩擦螺栓6 ；角鋼7 ；基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板8 ；錨固螺栓9 ；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋10 ；預(yù)留螺栓孔 道11 ；預(yù)留圓孔12 ；摩擦螺栓墊圈13。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置主要由預(yù)應(yīng)力件和摩擦耗能 裝置兩部分組成。采用工廠預(yù)制的鋼筋混凝土墩(柱)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)吊裝就位，將預(yù)應(yīng)力鋼絞線(或預(yù) 應(yīng)力碳纖維束)豎向穿過墩柱中預(yù)留的孔道，然后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。為了提高墩柱節(jié)點(diǎn)的 耗能能力，在墩(柱)與承臺(tái)(基礎(chǔ))的節(jié)點(diǎn)部位設(shè)置摩擦耗能件。該耗能件由預(yù)埋在承 臺(tái)(基礎(chǔ))中的鋼板、預(yù)埋在混凝土墩柱上的鋼板以及摩擦型高強(qiáng)螺栓和摩擦片組成。通 過摩擦型高強(qiáng)螺栓(對(duì)拉式)提供垂直于摩擦面的壓力，接觸面設(shè)有摩擦片。預(yù)埋鋼板上 可設(shè)置抗剪栓釘，以加強(qiáng)鋼板和混凝土的共同工作。自定心墩柱與承臺(tái)、基礎(chǔ)的接觸面依靠 結(jié)構(gòu)荷載和預(yù)應(yīng)力提供的摩擦力承擔(dān)水平剪力。當(dāng)墩柱的端部彎矩超過接觸面的消壓彎矩 時(shí)，節(jié)點(diǎn)張開，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力隨之增加。地震作用后，墩柱在預(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 墩柱等主體結(jié)構(gòu)的變形可基本控制在彈性范圍內(nèi)(無損)。豎向布置的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋10對(duì)墩柱產(chǎn)生壓力并承受彎矩，墩柱底端的剪力由 墩柱-承臺(tái)(基礎(chǔ))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(shí)，墩柱的接觸面 張開，并通過摩擦耗能裝置的變形并耗能，從而避免了預(yù)制混凝土墩柱1等主體構(gòu)件的損 壞(如圖4所示)。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)。摩擦耗能裝置由墩柱加強(qiáng)鋼板4、基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板8、角鋼7、摩擦片5、摩擦型螺栓6等組成。其中，摩擦型高強(qiáng)螺栓6穿過預(yù)留螺栓孔道11，并通過摩擦螺栓墊圈13將角鋼7、 摩擦片5和墩柱加強(qiáng)鋼板4壓緊。通過摩擦螺栓6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(圖2中y方向)發(fā)生如圖4所示的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，摩擦 片5和鋼板的接觸面將通過摩擦耗散地震能量。預(yù)留螺栓孔道11和墩柱加強(qiáng)鋼板4均和 混凝土墩柱1在工廠預(yù)制。在現(xiàn)場(chǎng)裝配后，角鋼7通過錨固螺栓9和承臺(tái)(基礎(chǔ))2連接。 角鋼7靠近墩柱的肢上按節(jié)點(diǎn)可能發(fā)生的相對(duì)變形的大小預(yù)留了一定直徑的預(yù)留圓孔12， 從而保證摩擦螺栓6在節(jié)點(diǎn)變形過程中不至于被角鋼7剪切。
權(quán)利要求
一種摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是該耗能裝置包括角鋼(7)、摩擦片(5)、摩擦螺栓(6)、墩柱加強(qiáng)鋼板(4)，其中，墩柱加強(qiáng)鋼板(4)包在墩柱的底面以及下部的兩個(gè)側(cè)面，并與混凝土墩柱(1)連為一體，角鋼(7)的一條直角邊設(shè)在墩柱加強(qiáng)鋼板(4)的外側(cè)，另一條直角邊位于墩柱加強(qiáng)鋼板(4)的下端，摩擦片(5)位于墩柱加強(qiáng)鋼板(4)與角鋼(7)之間，摩擦螺栓(6)穿過角鋼(7)、摩擦片(5)、墩柱加強(qiáng)鋼板(4)和混凝土墩柱(1)，將混凝土墩柱(1)的下端連接到節(jié)點(diǎn)連接裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是所述的 墩柱下部預(yù)埋有墩柱加強(qiáng)鋼板(4)，墩柱加強(qiáng)鋼板(4)與承臺(tái)(2)的接觸面上預(yù)埋基礎(chǔ)預(yù)埋 鋼板(8)，所述基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板上焊接抗剪栓釘或短鋼筋以增加鋼板與混凝土的連接性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置，其特征是在混凝 土墩柱(1)中預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道(3)，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)穿入無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋(10)并進(jìn)行張拉，預(yù) 應(yīng)力筋(10)采用鋼筋、鋼絞線或碳纖維束，根據(jù)需要設(shè)置一束或多束。
全文摘要
摩擦耗能型自定心墩柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接裝置是一種用于橋墩或框架柱與承臺(tái)(基礎(chǔ))連接的裝置，旨在改善地震作用下墩柱結(jié)構(gòu)的耗能，并消除或降低結(jié)構(gòu)的殘余變形和損傷。該裝置由墩柱加強(qiáng)鋼板、基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板、角鋼、摩擦螺栓、摩擦片、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋、錨固螺栓等組成。該裝置通過豎向布置的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋將預(yù)制混凝土墩柱和基礎(chǔ)連為整體。當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，墩柱-基礎(chǔ)的接觸面張開，墩柱相對(duì)于基礎(chǔ)發(fā)生一定轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)摩擦裝置將通過摩擦耗散地震能量，而預(yù)應(yīng)力筋提供的預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)在震后恢復(fù)其初始位置。墩柱端部的預(yù)埋件用來提高墩柱相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)混凝土的局部承壓力。
文檔編號(hào)E04B1/98GK101936043SQ20101025239
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者郭彤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)