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裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件的制作方法

文檔序號(hào):12112692閱讀:391來源:國知局
裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件的制作方法與工藝

本發(fā)明屬于建筑工程領(lǐng)域,涉及裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu),具體為一種應(yīng)用于裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件及其施工方法。



背景技術(shù):

近幾十年來,裝配式混凝土結(jié)構(gòu)以其工業(yè)化生產(chǎn)和裝配式施工的特點(diǎn),越來越得到工程師的青睞,在世界范圍內(nèi)被廣泛地應(yīng)用并得到了迅猛的發(fā)展。伴隨著基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論研究的深入,人們對(duì)結(jié)構(gòu)震后可修復(fù)的要求越來越高,高延性耗能元件的研究與應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注,在美國、新西蘭、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū),在裝配式結(jié)構(gòu)中加入延性耗能元件的做法已經(jīng)日趨成熟,在結(jié)構(gòu)體系中采用裝配技術(shù)和耗能減震技術(shù)已經(jīng)成為建筑行業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)之一。

連接是裝配式框架安裝和受力的關(guān)鍵,在水平力作用下,連接處產(chǎn)生較大的彎矩,容易在反復(fù)作用下?lián)p傷。針對(duì)這一問題,國內(nèi)外專家學(xué)者提出,在裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)處使用合適的延性耗能裝置,可以誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)制,使結(jié)構(gòu)發(fā)揮優(yōu)越的抗震性能。其中,最為典型的是Dywidag公司使用的延性連接(Dywidag Ductile Connector,DDC)。DDC構(gòu)造簡單,制作安裝方便,耗能效果良好,造價(jià)相對(duì)低廉,目前在美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)已經(jīng)展開應(yīng)用,特別是在加州地震區(qū)的大型裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。我國大陸地區(qū)的一些專家和學(xué)者也已經(jīng)開始研究,并取得了一定的研究成果。試驗(yàn)表明,該種延性連接的引入大大提升了結(jié)構(gòu)的抗震性能,具有優(yōu)越的耗能性能。但DDC連接的耗能部件布置在柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域當(dāng)中,當(dāng)經(jīng)歷地震后延性耗能部件損傷嚴(yán)重時(shí),無法對(duì)其進(jìn)行更換。

針對(duì)上述問題,本發(fā)明提出一種應(yīng)用于裝配式框架梁柱連接的可更換延性耗能連接組件,是一種安裝在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁端的梁柱連接組件,用于承受和傳遞地震下框架梁端彎矩產(chǎn)生的上、下邊緣的反復(fù)軸力,由承受軸向荷載的核心耗能鋼棒、約束部件與連接部件等組成,在形式上類似于小型的屈曲約束支撐(BRB),在功能上與前述延性連接器有異曲同工之妙,小震時(shí),分別布置在梁上下邊緣的耗能鋼棒保持彈性,為梁柱連接提供抗彎剛度;中震或大震時(shí),耗能鋼棒發(fā)生受拉或受壓屈服,并利用其屈服后的滯回特性耗散地震能量,減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。本發(fā)明的特點(diǎn)是強(qiáng)震后能夠?qū)p傷的耗能鋼棒實(shí)現(xiàn)更換,從而快速恢復(fù)結(jié)構(gòu)功能。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

發(fā)明目的:本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)問題,提供一種應(yīng)用于裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件。

技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件,

該組件包括一根耗能鋼棒,套設(shè)于耗能鋼棒的柱向連接器,設(shè)置在耗能鋼棒一端的梁向連接器,還包括位于耗能鋼棒外側(cè)的耗能鋼棒約束體系,或

該組件包括數(shù)根耗能鋼棒,套設(shè)于耗能鋼棒的柱向連接器,設(shè)置在耗能鋼棒一端且將耗能鋼棒連接的梁向連接器,還包括位于耗能鋼棒外側(cè)的耗能鋼棒約束體系。

該組件放置在框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處,在梁端保護(hù)層下設(shè)置耗能鋼棒,耗能鋼棒通過柱向連接器與錨固于柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)、端頭伸出柱混凝土表面的節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋相連,且通過梁向連接器與錨固于梁混凝土內(nèi)的梁端縱向鋼筋的端頭連接,從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的梁柱節(jié)點(diǎn)傳力體系;

優(yōu)選的,耗能鋼棒在縱向上依次劃分為柱向連接段、柱向過渡段、耗能段、梁向過渡段和梁向連接段;

耗能鋼棒承受軸向拉力或軸向壓力的時(shí)候,柱向連接段和梁向連接段的彈性承載能力大于耗能段屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化后的承載能力;耗能段與柱向連接段之間、耗能段與梁向連接段之間平緩過渡,分別形成柱向過渡段和梁向過渡段。

優(yōu)選的,耗能鋼棒通過柱向連接器與錨固于柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)、伸出柱混凝土表面的節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的端頭連接;,使耗能鋼棒與預(yù)制混凝土柱之間建立傳力路徑,保證荷載的傳遞及大震作用下的耗能。

柱向連接器與耗能鋼棒及節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,均大于耗能段屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;

耗能鋼棒在地震作用下反復(fù)拉壓產(chǎn)生損傷后,用于放松柱向連接器,從而拆卸、更換耗能鋼棒;

耗能鋼棒的柱向連接段表面帶有螺紋,柱向連接器為一個(gè)內(nèi)表面帶有螺紋的圓柱形套筒,柱向連接器的螺紋旋在耗能鋼棒的螺紋上;節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭表面帶有螺紋,柱向連接器的螺紋旋在節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的螺紋上。

優(yōu)選的,耗能鋼棒通過梁向連接器與錨固于梁混凝土內(nèi)的梁端縱向鋼筋的端頭連接;,使耗能鋼棒與預(yù)制混凝土梁之間建立傳力路徑,保證荷載的傳遞及大震作用下的耗能。

梁向連接器與耗能鋼棒及梁端縱向鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、梁端縱向鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,均大于耗能段屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;

耗能鋼棒在地震作用下反復(fù)拉壓產(chǎn)生損傷后,用于放松梁向連接器,從而拆卸、更換耗能鋼棒;

梁向連接器包含以下幾個(gè)部分:帶有與梁端縱向鋼筋數(shù)量相同的梁鋼筋連接螺孔、與耗能鋼棒數(shù)量相同的耗能鋼棒連接孔并與梁混凝土可靠錨固的轉(zhuǎn)換塊,穿過耗能鋼棒連接孔并與耗能鋼棒相連的連接螺栓;耗能鋼棒的梁向連接段擁有內(nèi)表面帶有螺紋的盲孔;梁端縱向鋼筋和耗能鋼棒分別位于轉(zhuǎn)換塊的兩側(cè);端部帶有螺紋的梁鋼筋旋入轉(zhuǎn)換塊的梁鋼筋連接螺孔中,并將連接螺栓穿過耗能鋼棒連接孔,旋入梁向連接段的盲孔中。

優(yōu)選的,耗能鋼棒約束體系是一塊一側(cè)表面帶有凹槽的約束鋼板;約束鋼板的長度略短于耗能鋼棒耗能段、柱向過渡段和梁向過渡段的長度之和;凹槽的數(shù)量與耗能鋼棒的數(shù)量相同,位置與耗能鋼棒的位置對(duì)應(yīng);凹槽的形狀與耗能鋼棒相應(yīng)位置的形狀相合,其輪廓略大于耗能鋼棒相應(yīng)位置的輪廓,從而在安裝完成后,約束鋼板完全的扣在成排布置的耗能鋼棒上。

優(yōu)選的,約束鋼板上還帶有螺栓孔,用于將約束鋼板固定于預(yù)埋在梁端混凝土中的螺栓上。

優(yōu)選的,耗能鋼棒的長度略小于錨固于節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭與轉(zhuǎn)換塊和耗能鋼棒連接一側(cè)之間的距離,轉(zhuǎn)換塊中耗能鋼棒連接孔的直徑略大于耗能鋼棒連接螺栓的直徑。

有益效果:

1)結(jié)構(gòu)損傷集中,耗能性能良好,易于實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。在本發(fā)明中,由于在梁端的上、下表面附近安裝了易屈服的耗能鋼棒,使得地震作用下塑性行為集中在梁端,而作為主要承重構(gòu)件的板、梁、柱本身不會(huì)發(fā)生塑性變形。耗能鋼棒采用了與屈曲約束支撐相似的構(gòu)造原則,屈服將沿耗能鋼棒的耗能段全長發(fā)生,在同樣的層間變形下耗能鋼棒塑性應(yīng)變較小,能夠發(fā)揮出優(yōu)良的延性和低周疲勞能力。耗能連接組件的各部件之間、耗能連接組件和結(jié)構(gòu)其余部分之間進(jìn)行承載能力的差異性設(shè)計(jì),易于實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。

2)結(jié)構(gòu)震后修復(fù)簡便,修復(fù)后結(jié)構(gòu)性能可得到保證。地震作用下,采用本發(fā)明連接的框架結(jié)構(gòu)損傷集中在耗能鋼棒上,而其它主要構(gòu)件并不發(fā)生明顯損傷,震后只需要去除后澆的混凝土并更換耗能鋼棒即可恢復(fù)結(jié)構(gòu)的功能,維修過程非常簡便。這一點(diǎn)相對(duì)于耗能部分嵌入柱子內(nèi)部的DDC組件來說是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì),相對(duì)而言,DDC的耗能部件在震后的更換非常困難。

3)可將耗能連接組件制成標(biāo)準(zhǔn)元件,便于工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用。本發(fā)明的耗能連接的主要部件采用圓形截面和螺紋構(gòu)造,在機(jī)械制造方面可以利用成熟的工藝,便于采用工業(yè)化的方式進(jìn)行生產(chǎn)。經(jīng)理論、試驗(yàn)及計(jì)算分析之后,可以總結(jié)常用的規(guī)格參數(shù),形成耗能連接組件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用,對(duì)實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的工業(yè)化建造和節(jié)省震后修復(fù)時(shí)間具有突出的意義。

4)實(shí)用性強(qiáng),不影響美觀。本發(fā)明的耗能連接的構(gòu)造設(shè)計(jì)充分考慮到實(shí)際實(shí)施階段所需要的各種間隙和容差,便于工程應(yīng)用和推廣。耗能連接組件布置在梁端,耗能鋼棒與梁縱向鋼筋之間的傳力直接,并在安裝完畢后在對(duì)后澆區(qū)進(jìn)行灌漿澆筑使結(jié)構(gòu)成為一體,梁的外觀與現(xiàn)澆的框架梁一致,符合傳統(tǒng)的審美觀。

附圖說明

圖1為耗能連接組件構(gòu)成的示意圖

圖2為梁柱節(jié)點(diǎn)連接處耗能連接組件的剖面圖

圖3為耗能鋼棒1的示意圖

圖4為耗能鋼棒1與節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋連接示意圖

圖5為柱向連接器2示意圖

圖6位連接螺栓32示意圖

圖7為梁向連接器3的示意圖

圖8為約束體系4的示意圖

圖中有:耗能棒1,柱向連接器2,梁向連接器3,約束體系4,柱向連接段11,柱向過渡段12,耗能段13,梁向過渡段14,梁向連接段15,梁內(nèi)連接塊31,螺栓32,凹槽41,螺栓孔42,盲孔151,梁鋼筋連接螺孔311,耗能鋼棒連接螺孔312,節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋5,梁縱筋6,間隙7,預(yù)制混凝土柱8,預(yù)制混凝土梁9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明所針對(duì)的技術(shù)問題如下:

1)連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造是裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力發(fā)揮的關(guān)鍵。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件一般在節(jié)點(diǎn)處接合,使得連接的性能在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中顯得尤為重要。連接節(jié)點(diǎn)處是構(gòu)件間內(nèi)力傳遞的必經(jīng)渠道,在強(qiáng)烈地震作用下,梁柱節(jié)點(diǎn)連接所承擔(dān)的內(nèi)力較大從而較易發(fā)生塑性變形,塑性損傷累積后容易失效斷裂,造成結(jié)構(gòu)喪失整體性。

2)節(jié)點(diǎn)的連接施工是裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)安裝的關(guān)鍵問題。工業(yè)化建筑中,裝配式構(gòu)件在工廠制作,可以通過大量的機(jī)器生產(chǎn)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,而現(xiàn)場的連接施工仍需依賴較多的人工操作來完成。節(jié)點(diǎn)連接的工藝是否便于操作,是否適應(yīng)工業(yè)化的安裝方式和快捷的安裝流程,是影響工業(yè)化建筑生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

3)利用裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)施工工藝的特點(diǎn),采用優(yōu)質(zhì)的耗能連接,是保證裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震能力的關(guān)鍵?,F(xiàn)澆施工工藝下,節(jié)點(diǎn)、連接和構(gòu)件一體化成型,節(jié)點(diǎn)附近的鋼筋和混凝土都是連續(xù)的,使得構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)具有相關(guān)的承載性能,而由于節(jié)點(diǎn)受力更加復(fù)雜,要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件需采取較嚴(yán)格的構(gòu)造要求。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中,節(jié)點(diǎn)處的連接滯后于構(gòu)件的制作完成,這使得工程師有條件在連接處采取特殊的構(gòu)造,采用優(yōu)質(zhì)的耗能連接,從而充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的抗震性能,保證其抗震能力。

4)損傷構(gòu)件易更換是保證結(jié)構(gòu)性能易修復(fù)的關(guān)鍵。當(dāng)前,結(jié)構(gòu)性能易修復(fù)是工程結(jié)構(gòu)抗震的最新要求。耗能連接通過材料的塑性滯回來耗散地震能量,而塑性的發(fā)展和累積同時(shí)帶來損傷的逐步加劇,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致部件的斷裂、承載能力下降,結(jié)構(gòu)喪失整體性,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在地震下倒塌。為了保證經(jīng)歷地震后的結(jié)構(gòu)具有承受后續(xù)服役期內(nèi)可能遭遇地震的抗震能力,在地震后對(duì)損傷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速修復(fù)是最為經(jīng)濟(jì)的方案,而更換損傷的構(gòu)件是修復(fù)結(jié)構(gòu)最為徹底和完善的修復(fù)手段,因此,損傷構(gòu)件易更換是保證結(jié)構(gòu)性能易修復(fù)的關(guān)鍵。

5)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)應(yīng)能夠協(xié)調(diào)構(gòu)件制作和安裝過程中的誤差。裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在工廠預(yù)先制作,然后在現(xiàn)場進(jìn)行組裝。即使在制作過程中采取各種措施保證構(gòu)件的尺寸精度,制作過程中構(gòu)件的尺寸誤差和構(gòu)件中各部件(例如鋼筋)的位置誤差是不可避免的。另一方面,為了保證組裝的順利進(jìn)行,構(gòu)件之間必須留設(shè)一定程度的間隙,才能避免組裝過程中的碰撞,而這些間隙的存在也使得安裝過程中構(gòu)件和構(gòu)件之間不可避免地存在位置誤差。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì),必須能夠方便地協(xié)調(diào)上述原因引起的誤差,才能夠保證傳力的可靠,確保施工安裝的便捷性。

本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)問題,提供一種應(yīng)用于裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件。

一種裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件,

該組件包括一根耗能鋼棒1,套設(shè)于耗能鋼棒1的柱向連接器2,設(shè)置在耗能鋼棒1一端的梁向連接器3,還包括位于耗能鋼棒1外側(cè)的耗能鋼棒約束體系4,或

該組件包括數(shù)根耗能鋼棒1,套設(shè)于耗能鋼棒1的柱向連接器2,設(shè)置在耗能鋼棒1一端且將耗能鋼棒1連接的梁向連接器3,還包括位于耗能鋼棒1外側(cè)的耗能鋼棒約束體系4。

該組件放置在框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)處,在梁端保護(hù)層下設(shè)置耗能鋼棒1,耗能鋼棒1通過柱向連接器2與錨固于柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)、端頭伸出柱混凝土表面的節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋5相連,且通過梁向連接器3與錨固于梁混凝土內(nèi)的梁端縱向鋼筋6的端頭連接,從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的梁柱節(jié)點(diǎn)傳力體系。

耗能鋼棒1在縱向上依次劃分為柱向連接段11、柱向過渡段12、耗能段13、梁向過渡段14和梁向連接段15;

耗能鋼棒1承受軸向拉力或軸向壓力的時(shí)候,柱向連接段11和梁向連接段15的彈性承載能力大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化后的承載能力;耗能段13與柱向連接段11之間、耗能段13與梁向連接段15之間平緩過渡,分別形成柱向過渡段12和梁向過渡段14。

耗能鋼棒1通過柱向連接器2與錨固于柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)、伸出柱混凝土表面的節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的端頭連接;,使耗能鋼棒1與預(yù)制混凝土柱之間建立傳力路徑,保證荷載的傳遞及大震作用下的耗能。

柱向連接器2與耗能鋼棒1及節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,均大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;

耗能鋼棒1在地震作用下反復(fù)拉壓產(chǎn)生損傷后,用于放松柱向連接器2,從而拆卸、更換耗能鋼棒1;

耗能鋼棒1的柱向連接段11表面帶有螺紋,柱向連接器2為一個(gè)內(nèi)表面帶有螺紋的圓柱形套筒,柱向連接器2的螺紋旋在耗能鋼棒1的螺紋上;節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭表面帶有螺紋,柱向連接器2的螺紋旋在節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的螺紋上。

耗能鋼棒1通過梁向連接器3與錨固于梁混凝土內(nèi)的梁端縱向鋼筋的端頭連接;,使耗能鋼棒1與預(yù)制混凝土梁之間建立傳力路徑,保證荷載的傳遞及大震作用下的耗能。

梁向連接器3與耗能鋼棒1及梁端縱向鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、梁端縱向鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,均大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;

耗能鋼棒1在地震作用下反復(fù)拉壓產(chǎn)生損傷后,用于放松梁向連接器3,從而拆卸、更換耗能鋼棒1;

梁向連接器3包含以下幾個(gè)部分:帶有與梁端縱向鋼筋數(shù)量相同的梁鋼筋連接螺孔311、與耗能鋼棒數(shù)量相同的耗能鋼棒連接孔312并與梁混凝土可靠錨固的轉(zhuǎn)換塊31,穿過耗能鋼棒連接孔312并與耗能鋼棒1相連的連接螺栓32;耗能鋼棒的梁向連接段15擁有內(nèi)表面帶有螺紋的盲孔151;梁端縱向鋼筋和耗能鋼棒1分別位于轉(zhuǎn)換塊31的兩側(cè);端部帶有螺紋的梁鋼筋旋入轉(zhuǎn)換塊31的梁鋼筋連接螺孔311中,并將連接螺栓32穿過耗能鋼棒連接孔312,旋入梁向連接段的盲孔151中。

耗能鋼棒約束體系是一塊一側(cè)表面帶有凹槽41的約束鋼板4;約束鋼板4的長度略短于耗能鋼棒耗能段13、柱向過渡段12和梁向過渡段14的長度之和;凹槽的數(shù)量與耗能鋼棒的數(shù)量相同,位置與耗能鋼棒的位置對(duì)應(yīng),也就是在位置上可以咬合;凹槽的形狀與耗能鋼棒1相應(yīng)位置的形狀相合,其輪廓略大于耗能鋼棒1相應(yīng)位置的輪廓,從而在安裝完成后,約束鋼板4完全的扣在成排布置的耗能鋼棒1上。

約束鋼板4上還帶有螺栓孔42,用于將約束鋼板固定于預(yù)埋在梁端混凝土中的螺栓上。

耗能鋼棒1的長度略小于錨固于節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭與轉(zhuǎn)換塊31和耗能鋼棒1連接一側(cè)之間的距離,轉(zhuǎn)換塊31中耗能鋼棒連接孔312的直徑略大于耗能鋼棒連接螺栓32的直徑。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下特征:

1)屈服誘導(dǎo)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)所述的應(yīng)用于裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件安裝在梁端的上側(cè)和/或下側(cè),并傳遞梁柱彎矩時(shí),耗能鋼棒一端連接錨固于柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋,一端連接錨固與梁混凝土內(nèi)的梁端縱向鋼筋,在彎矩下承受軸向拉力或壓力的作用。在本發(fā)明中,當(dāng)耗能鋼棒1承受軸向拉力或軸向壓力的時(shí)候,柱向連接段11和梁向連接段15的彈性承載能力大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;柱向連接器2與耗能鋼棒1及節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力;梁向連接器3與耗能鋼棒1及梁端縱向鋼筋之間的彈性連接強(qiáng)度、梁端縱向鋼筋的彈性抗拉或抗壓強(qiáng)度及其錨固強(qiáng)度,均大于耗能段13屈服后經(jīng)循環(huán)強(qiáng)化提高后的承載能力。這就使一旦耗能鋼棒1承受的軸向力超過設(shè)計(jì)確定的屈服荷載,屈服僅發(fā)生在耗能鋼棒1的耗能段13范圍內(nèi),而柱向連接段11、梁向連接段14、耗能鋼棒1與節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋之間的連接、耗能鋼棒與梁端縱向鋼筋之間的連接以及節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋、梁端縱向鋼筋均處于彈性范圍之內(nèi)。從而,在地震作用下,僅有耗能鋼棒的耗能段13可能產(chǎn)生塑性損傷,而其余部分均可以保證完好狀態(tài)。同時(shí),通過耗能鋼棒耗能段13的滯回耗能,地震輸入結(jié)構(gòu)的能量將被逐步耗散,從而減小地震響應(yīng)。

2)損傷部件可更換的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的構(gòu)造使得在強(qiáng)烈地震下容易損傷的耗能鋼棒1可以布置于梁柱節(jié)點(diǎn)以外,靠近梁端上、下表面的位置,擁有開闊的工作面,而耗能鋼棒1與節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋之間的連接,以及耗能鋼棒1與梁端縱向鋼筋之間的連接,由于前述差別化承載能力的設(shè)計(jì),在地震過程中被保護(hù)處于彈性范圍之內(nèi),因此當(dāng)需要更換耗能鋼棒時(shí),上述連接可以十分容易地解除,從而拆除損傷的耗能鋼棒,并重新安裝新的耗能鋼棒,達(dá)到快速修復(fù)結(jié)構(gòu)并恢復(fù)其功能的目的。

3)耗能鋼棒防受壓屈曲機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。通過設(shè)置約束部件4的方式防止耗能鋼棒在受壓后的屈曲,約束部件4采用鋼材制作,剛度大、強(qiáng)度高,在耗能鋼棒1的位置具有與耗能鋼棒1形狀相適應(yīng)的凹槽41,采用預(yù)埋在混凝土內(nèi)的螺栓將其固定在預(yù)制混凝土梁端,能夠充分發(fā)揮約束作用,防止耗能鋼棒受壓時(shí)向外、向側(cè)向的屈曲。在此同時(shí),耗能鋼棒1向梁內(nèi)部方向的屈曲將被后期填充的細(xì)石混凝土或砂漿限制所防止。為了防止約束部件4直接承受軸向壓力的作用,約束部件4的長度略短于耗能鋼棒耗能段13與柱向過渡段12、梁向過渡段14長度之和,并且凹槽的輪廓略大于耗能鋼棒相應(yīng)位置處的形狀,從而約束部件4的凹槽41和耗能鋼棒1之間留有很小的間隙,這一間隙也為耗能鋼棒1受壓過程中截面由于泊松效應(yīng)引起的側(cè)向膨脹提供空間。為了進(jìn)一步減小耗能鋼棒1與約束部件4之間的摩擦,還可以在耗能鋼棒1的周圍敷涂無粘結(jié)層。這樣的構(gòu)造,使耗能鋼棒的受力如同一個(gè)小型的屈曲約束支撐,能夠發(fā)揮穩(wěn)定的耗能能力,且具有高延性。

4)各部件之間間隙協(xié)調(diào)安裝過程中的各種位置誤差。通過預(yù)制構(gòu)件預(yù)埋件的精心設(shè)置和預(yù)制構(gòu)件的精心安裝,盡可能消除梁柱構(gòu)件和部件之間的位置誤差,保證安裝的順利進(jìn)行。仍然無法避免的位置誤差,通過本發(fā)明各部件之間的間隙進(jìn)行協(xié)調(diào),包括:節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋與梁端縱向鋼筋之間可能存在的平行偏差通過耗能鋼棒1的微小撓曲協(xié)調(diào)(耗能鋼棒1與約束部件4之間的間隙允許微小撓曲的存在);轉(zhuǎn)換塊上耗能鋼棒連接孔312的直徑略大于耗能鋼棒連接螺栓32的直徑,從而可以協(xié)調(diào)柱向連接器2與梁向連接器3之間的對(duì)中誤差;耗能鋼棒1的長度略短于節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋與轉(zhuǎn)換塊31之間的距離,因此安裝完成后,柱鋼筋的端頭與耗能鋼棒柱向連接段11端頭之間,存在一個(gè)微小的間隙,這個(gè)間隙可以協(xié)調(diào)耗能鋼棒1長度上的誤差。通過上述設(shè)置的間隙系統(tǒng),保證了可更換耗能連接組件安裝和更換施工的可行性和方便性。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1、屈服誘導(dǎo)機(jī)制。為解決現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)及傳統(tǒng)的裝配整體式框架結(jié)構(gòu)在大震作用下結(jié)構(gòu)及構(gòu)件損傷分散的缺點(diǎn),本發(fā)明在梁端區(qū)域設(shè)置耗能鋼棒1,耗能鋼棒1的拉壓屈服承載能力較其它組成部件的承載力低,這樣在水平地震作用下,耗能鋼棒1可以先于框架其他構(gòu)件及部件發(fā)生屈服并進(jìn)入耗能,形成一種屈服誘導(dǎo)機(jī)制,從而可以保證強(qiáng)烈地震下,屈服僅可能發(fā)生在耗能鋼棒中,而其余部位均處于彈性范圍之內(nèi)。在地震作用下,僅有耗能鋼棒可能產(chǎn)生塑性損傷,而其余部分均可以保證完好狀態(tài)。同時(shí),通過耗能鋼棒的滯回耗能,地震輸入結(jié)構(gòu)的能量將被逐步耗散,從而減小地震響應(yīng)。

2、損傷部件易更換。屈服意味著損傷,耗能鋼棒在地震作用下產(chǎn)生的反復(fù)滯回將導(dǎo)致?lián)p傷的累積,在遭受持續(xù)的地震后,損傷的耗能鋼棒低周疲勞能力減弱,意味著在承受將來的地震作用下,它將不再具備新建結(jié)構(gòu)的耗能能力,可能在地震作用的再次驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生斷裂,進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的破壞甚至整體倒塌。為此,地震后及時(shí)、方便地更換損傷的耗能部件是抗震修復(fù)的必須步驟。這一優(yōu)勢(shì),是本發(fā)明區(qū)別于DDC的主要特色,因?yàn)镈DC的耗能鋼棒埋置于柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)部,損傷后無法將其取出,更難以更換。

3、防止耗能鋼棒的受壓屈曲。耗能鋼棒1的作用,在于將梁縱向鋼筋的軸向力傳遞給梁柱節(jié)點(diǎn),并在強(qiáng)烈地震作用下屈服從而耗散地震能量。耗能鋼棒1在軸向壓力的作用下可能發(fā)生屈曲。特別是耗能鋼棒的屈服段受壓屈服的情況下,由于鋼材的屈服后切線模量很低,發(fā)生屈曲的可能性特別大。在雙筋混凝土梁的塑性鉸中,就是由于受壓鋼筋的屈曲崩裂混凝土、掙脫箍筋約束,產(chǎn)生失穩(wěn)而導(dǎo)致塑性鉸受彎承載能力降低。為了防止耗能鋼棒受壓屈服后的屈曲,僅僅依靠其外緣的后澆混凝土保護(hù)層是不夠的,而箍筋約束的效果并不明顯。為此,本發(fā)明采用附加的約束部件4,來限制耗能鋼棒向外緣或向側(cè)向的屈曲。而約束部件4的長度略短于耗能鋼板柱向過渡段12、耗能段13和梁向耗能段14長度之和,約束部件凹槽41的輪廓略大于耗能鋼棒1相應(yīng)位置的輪廓,使約束部件4在連接即使承受壓力的時(shí)候也不直接承受軸向力,所有軸向力均由耗能鋼棒1承受,保證了耗能鋼棒1的滯回耗能,同時(shí)約束部件4僅起到約束耗能鋼棒1的作用。

4、設(shè)置充分的間隙以保證可施工性。裝配式混凝土框架的柱、梁是分步驟安裝的,在安裝過程中,必須存在一定的間隙以保證構(gòu)件可以就位。這就導(dǎo)致了構(gòu)件與構(gòu)件之間的位置不可能像理想狀態(tài)一樣完美地對(duì)接,因此,作為最后安裝的可更換耗能連接,必須要能夠適應(yīng)實(shí)際施工時(shí)可能存在的各個(gè)方向上的誤差。總體上來講,安裝可更換耗能連接時(shí)的誤差可能存在在以下幾個(gè)方面:節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋與梁端縱向鋼筋之間的平行誤差;節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的延伸線與轉(zhuǎn)換塊耗能鋼棒連接圓孔312中心線之間的橫向誤差;節(jié)點(diǎn)錨固端頭與轉(zhuǎn)換塊31之間距離與耗能鋼棒1長度之間的長度誤差。本發(fā)明通過在設(shè)計(jì)過程中在以上所述的區(qū)域預(yù)留合適的間隙系統(tǒng),來保證施工的可行性。

以下以本發(fā)明的一個(gè)可實(shí)施例為例,說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明所提出的用于裝配式框架梁柱連接的可更換耗能連接組件,將安裝在梁的左端或右端,位于梁端的上部或下部。在本說明書中,以安裝于梁左端上側(cè)為例說明。采用此例時(shí),梁的左側(cè)為柱,梁高范圍內(nèi)柱子的區(qū)域?yàn)橹?jié)點(diǎn)。

1)預(yù)制構(gòu)件

在構(gòu)件預(yù)制階段,在柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)預(yù)埋節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋,其端頭采用穴模留空,節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋伸出部分帶有直螺紋。節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的位置與將要安裝的耗能鋼棒的位置相符;

同時(shí),端頭帶有螺紋的梁端縱向鋼筋旋入轉(zhuǎn)換塊31的梁鋼筋連接螺孔311中,并一起預(yù)埋在梁鋼筋籠中。采用穴模在梁端部轉(zhuǎn)換塊31以左留出安裝耗能鋼棒1的空間,并確保梁柱安裝就位后節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭與轉(zhuǎn)換塊31左側(cè)之間的距離略大于耗能鋼棒1的長度,耗能鋼棒連接孔312與柱節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋對(duì)齊。在轉(zhuǎn)換塊31右側(cè)采用穴模留出安裝耗能鋼棒連接螺栓32所需的空間。在約束鋼板螺栓孔42相應(yīng)的位置預(yù)埋約束鋼板固定螺栓。

完成上述預(yù)埋后,分別澆筑梁、柱混凝土,制作預(yù)制構(gòu)件。

2)梁柱安裝

現(xiàn)場安裝時(shí),先將預(yù)制的梁柱吊裝就位,調(diào)整梁的高度和水平位置使節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋、轉(zhuǎn)換塊31的耗能鋼棒連接孔312對(duì)齊。

3)耗能組件安裝

將柱向連接器2旋入耗能鋼棒1的柱向連接段11,使其端部不突出柱向連接段11的端部。在節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋端頭和轉(zhuǎn)換塊31之間放入帶有柱向連接器2的耗能鋼棒1,并與節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的外伸端對(duì)齊,旋動(dòng)柱向連接器2,使之連接節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋的外伸段和耗能鋼棒1的柱向連接段11。然后,反轉(zhuǎn)耗能鋼棒1使其梁向連接段15的端部抵緊轉(zhuǎn)換塊31,再將耗能鋼棒連接螺栓32從轉(zhuǎn)換塊3右部空間穿過耗能鋼棒連接孔312擰入耗能鋼棒梁向連接段15的盲孔151中。接著,將約束鋼板4嵌入耗能鋼棒1的過渡段(12和14)和耗能段13中,采用螺栓將其固定在預(yù)制混凝土梁中,確保其凹槽41扣在耗能鋼棒的屈服段13和過渡段(12和14)上。最后,采用細(xì)石混凝土或砂漿填充所有預(yù)留的空間。

4)震后損傷鋼棒的更換

在發(fā)生大震后,鑿除預(yù)留空間中的后澆細(xì)石混凝土或砂漿,放松約束鋼板4的固定螺栓,取下約束部件4,然后放松柱向連接器2、擰開耗能鋼棒連接螺栓32,依次序取下?lián)p傷的耗能鋼棒1;然后按照前述安裝方法重新安裝耗能組件,并重新將預(yù)留空間用細(xì)石混凝土或砂漿填實(shí),結(jié)構(gòu)的抗震性能得到恢復(fù)。

以上實(shí)施例是參照附圖,對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種形式上的修改或變更,但不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下,都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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