装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件制造技术

本发明专利技术提出了发明专利技术了一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其技术方案为：在装配式框架梁柱连接部位设置一种可更换耗能组件，由耗能钢棒、约束部件和连接部件组成，一端与预埋在柱内的节点锚固钢筋相连，另一端与预埋在梁内的梁端纵向钢筋相连。地震作用下，耗能钢棒先于其它构件及部件发生屈服并利用塑性滞回耗散地震能量。该种可更换耗能连接组件用于装配式框架结构预制梁柱的连接，可诱导结构在中震及大震下塑性损伤集中在耗能钢棒上，在改善结构抗震延性的同时避免梁柱构件的损伤，地震后可以通过简单更换耗能部件的方式对结构进行快速修复，使结构震后修复效率显著提高。可更换耗能连接组件的应用符合建筑工业化发展要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑工程领域，涉及装配式混凝土框架结构，具体为一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件及其施工方法。
技术介绍
近几十年来，装配式混凝土结构以其工业化生产和装配式施工的特点，越来越得到工程师的青睐，在世界范围内被广泛地应用并得到了迅猛的发展。伴随着基于性能的抗震设计理论研究的深入，人们对结构震后可修复的要求越来越高，高延性耗能元件的研究与应用受到了越来越多的关注，在美国、新西兰、日本等发达国家和地区，在装配式结构中加入延性耗能元件的做法已经日趋成熟，在结构体系中采用装配技术和耗能减震技术已经成为建筑行业未来发展的趋势之一。连接是装配式框架安装和受力的关键，在水平力作用下，连接处产生较大的弯矩，容易在反复作用下损伤。针对这一问题，国内外专家学者提出，在装配式结构的节点处使用合适的延性耗能装置，可以诱导结构的损伤机制，使结构发挥优越的抗震性能。其中，最为典型的是Dywidag公司使用的延性连接(DywidagDuctileConnector，DDC)。DDC构造简单，制作安装方便，耗能效果良好，造价相对低廉，目前在美国等发达国家和地区已经展开应用，特别是在加州地震区的大型装配式混凝土结构中应用较多。我国大陆地区的一些专家和学者也已经开始研究，并取得了一定的研究成果。试验表明，该种延性连接的引入大大提升了结构的抗震性能，具有优越的耗能性能。但DDC连接的耗能部件布置在柱节点区域当中，当经历地震后延性耗能部件损伤严重时，无法对其进行更换。针对上述问题，本专利技术提出一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换延性耗能连接组件，是一种安装在装配式混凝土框架结构梁端的梁柱连接组件，用于承受和传递地震下框架梁端弯矩产生的上、下边缘的反复轴力，由承受轴向荷载的核心耗能钢棒、约束部件与连接部件等组成，在形式上类似于小型的屈曲约束支撑(BRB)，在功能上与前述延性连接器有异曲同工之妙，小震时，分别布置在梁上下边缘的耗能钢棒保持弹性，为梁柱连接提供抗弯刚度；中震或大震时，耗能钢棒发生受拉或受压屈服，并利用其屈服后的滞回特性耗散地震能量，减小结构的动力响应。本专利技术的特点是强震后能够对损伤的耗能钢棒实现更换，从而快速恢复结构功能。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对以上技术问题，提供一种应用于装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，该组件包括一根耗能钢棒，套设于耗能钢棒的柱向连接器，设置在耗能钢棒一端的梁向连接器，还包括位于耗能钢棒外侧的耗能钢棒约束体系，或该组件包括数根耗能钢棒，套设于耗能钢棒的柱向连接器，设置在耗能钢棒一端且将耗能钢棒连接的梁向连接器，还包括位于耗能钢棒外侧的耗能钢棒约束体系。该组件放置在框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒，耗能钢棒通过柱向连接器与锚固于柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋相连，且通过梁向连接器与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系；优选的，耗能钢棒在纵向上依次划分为柱向连接段、柱向过渡段、耗能段、梁向过渡段和梁向连接段；耗能钢棒承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段和梁向连接段的弹性承载能力大于耗能段屈服后经循环强化后的承载能力；耗能段与柱向连接段之间、耗能段与梁向连接段之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段和梁向过渡段。优选的，耗能钢棒通过柱向连接器与锚固于柱节点区域内、伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋的端头连接；，使耗能钢棒与预制混凝土柱之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。柱向连接器与耗能钢棒及节点锚固钢筋之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段屈服后经循环强化提高后的承载能力；耗能钢棒在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松柱向连接器，从而拆卸、更换耗能钢棒；耗能钢棒的柱向连接段表面带有螺纹，柱向连接器为一个内表面带有螺纹的圆柱形套筒，柱向连接器的螺纹旋在耗能钢棒的螺纹上；节点锚固钢筋端头表面带有螺纹，柱向连接器的螺纹旋在节点锚固钢筋的螺纹上。优选的，耗能钢棒通过梁向连接器与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋的端头连接；，使耗能钢棒与预制混凝土梁之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能。梁向连接器与耗能钢棒及梁端纵向钢筋之间的弹性连接强度、梁端纵向钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段屈服后经循环强化提高后的承载能力；耗能钢棒在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松梁向连接器，从而拆卸、更换耗能钢棒；梁向连接器包含以下几个部分：带有与梁端纵向钢筋数量相同的梁钢筋连接螺孔、与耗能钢棒数量相同的耗能钢棒连接孔并与梁混凝土可靠锚固的转换块，穿过耗能钢棒连接孔并与耗能钢棒相连的连接螺栓；耗能钢棒的梁向连接段拥有内表面带有螺纹的盲孔；梁端纵向钢筋和耗能钢棒分别位于转换块的两侧；端部带有螺纹的梁钢筋旋入转换块的梁钢筋连接螺孔中，并将连接螺栓穿过耗能钢棒连接孔，旋入梁向连接段的盲孔中。优选的，耗能钢棒约束体系是一块一侧表面带有凹槽的约束钢板；约束钢板的长度略短于耗能钢棒耗能段、柱向过渡段和梁向过渡段的长度之和；凹槽的数量与耗能钢棒的数量相同，位置与耗能钢棒的位置对应；凹槽的形状与耗能钢棒相应位置的形状相合，其轮廓略大于耗能钢棒相应位置的轮廓，从而在安装完成后，约束钢板完全的扣在成排布置的耗能钢棒上。优选的，约束钢板上还带有螺栓孔，用于将约束钢板固定于预埋在梁端混凝土中的螺栓上。优选的，耗能钢棒的长度略小于锚固于节点锚固钢筋端头与转换块和耗能钢棒连接一侧之间的距离，转换块中耗能钢棒连接孔的直径略大于耗能钢棒连接螺栓的直径。有益效果：1)结构损伤集中，耗能性能良好，易于实现“强节点弱构件”的设计原则。在本专利技术中，由于在梁端的上、下表面附近安装了易屈服的耗能钢棒，使得地震作用下塑性行为集中在梁端，而作为主要承重构件的板、梁、柱本身不会发生塑性变形。耗能钢棒采用了与屈曲约束支撑相似的构造原则，屈服将沿耗能钢棒的耗能段全长发生，在同样的层间变形下耗能钢棒塑性应变较小，能够发挥出优良的延性和低周疲劳能力。耗能连接组件的各部件之间、耗能连接组件和结构其余部分之间进行承载能力的差异性设计，易于实现“强节点弱构件”的设计原则。2)结构震后修复简便，修复后结构性能可得到保证。地震作用下，采用本专利技术连接的框架结构损伤集中在耗能钢棒上，而其它主要构件并不发生明显损伤，震后只需要去除后浇的混凝土并更换耗能钢棒即可恢复结构的功能，维修过程非常简便。这一点相对于耗能部分嵌入柱子内部的DDC组件来说是一个很大的优势，相对而言，DDC的耗能部件在震后的更换非常困难。3)可将耗能连接组件制成标准元件，便于工业化生产与应用。本专利技术的耗能连接的主要部件采用圆形截面和螺纹构造，在机械制造方面可以利用成熟的工艺，便于采用工业化的方式进行生产。经理论、试验及计算分析之后，可以总结常用的规格参数，形成耗能连接组件的标准化设计和应用，对实现这种结构的工业化建造和节省震后修复时间具有突出的意义。4)实用性强，不影响美观。本专利技术的耗能连接的构造设计充分考虑到实际实施阶段所需要的各种间隙和容差，便于工程应用和推广。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，该组件包括一根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)，或该组件包括数根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端且将耗能钢棒(1)连接的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)；该组件放置在装配式框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒(1)，耗能钢棒(1)通过柱向连接器(2)与锚固于预制混凝土柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋(5)相连，且通过梁向连接器(3)与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋(6)的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系。

【技术特征摘要】
1.一种装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，该组件包括一根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)，或该组件包括数根耗能钢棒(1)，套设于耗能钢棒(1)的柱向连接器(2)，设置在耗能钢棒(1)一端且将耗能钢棒(1)连接的梁向连接器(3)，还包括位于耗能钢棒(1)外侧的耗能钢棒约束体系(4)；该组件放置在装配式框架结构梁柱节点处，在梁端保护层下设置耗能钢棒(1)，耗能钢棒(1)通过柱向连接器(2)与锚固于预制混凝土柱节点区域内、端头伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋(5)相连，且通过梁向连接器(3)与锚固于梁混凝土内的梁端纵向钢筋(6)的端头连接，从而构成一个连续的梁柱节点传力体系。2.根据权利要求1所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)在纵向上依次划分为柱向连接段(11)、柱向过渡段(12)、耗能段(13)、梁向过渡段(14)和梁向连接段(15)；耗能钢棒(1)承受轴向拉力或轴向压力的时候，柱向连接段(11)和梁向连接段(15)的弹性承载能力大于耗能段(13)屈服后经循环强化后的承载能力；耗能段(13)与柱向连接段(11)之间、耗能段(13)与梁向连接段(15)之间平缓过渡，分别形成柱向过渡段(12)和梁向过渡段(14)。3.根据权利要求2所述的装配式框架梁柱连接的可更换耗能连接组件，其特征在于，耗能钢棒(1)通过柱向连接器(2)与锚固于柱节点区域内、伸出柱混凝土表面的节点锚固钢筋(5)的端头连接，使耗能钢棒(1)与预制混凝土柱之间建立传力路径，保证荷载的传递及大震作用下的耗能；柱向连接器(2)与耗能钢棒(1)及节点锚固钢筋(5)之间的弹性连接强度、节点锚固钢筋的弹性抗拉或抗压强度及其锚固强度，均大于耗能段(13)屈服后经循环强化提高后的承载能力；耗能钢棒(1)在地震作用下反复拉压产生损伤后，用于放松柱向连接器(2)，从而拆卸、更换耗能钢棒(1)；耗能钢棒(1)的柱向连接段(11)表面带有螺纹，柱向连接器(2)为一个内表面带有螺纹的圆柱形套筒，柱向连接器(2)的螺纹旋在耗能钢棒(1)的螺纹上；节点锚固钢筋端头表面带有螺纹，柱向连接器(2)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴京，谢鲁齐，孟少平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32