本发明专利技术公开了一种顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置，包括预制混凝土柱、位于预制混凝土柱一侧的预制混凝土梁、将预制混凝土柱和预制混凝土梁连接为一体的变摩擦耗能器，变摩擦耗能器包括带有起伏面的中摩擦钢板、带起伏面的外摩擦钢板、连接在预制混凝土梁上的内摩擦钢板。本发明专利技术能够降低结构高阶模态效应、提高结构在地震作用下的耗能能力，消除或降低预制装配式钢筋混凝土结构在地震作用下的残余变形，避免预制梁柱等主体结构构件出现明显的塑性变形。
【技术实现步骤摘要】
顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置
本专利技术属于土木工程领域，涉及一种顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置。
技术介绍
地震给人类带来极其严重的灾难。传统的抗震设计采用的是延性设计方法，即在地震作用下，结构部分构件提前屈服和破坏，但整体不至于丧失功能，依靠构件屈服后的塑性变形来耗散大部分的地震能量，从而达到保证主体结构安全的目的。这种传统的基于承载力的设计方法虽然能在避免建筑出现损伤乃至倒塌造成人员伤亡的破坏方面有一定的可靠性，但在中等强度地震或强烈地震中，却不能有效地控制地震造成的经济损失，大多数大地震过后，结构虽然未倒塌，但不可修复或继续使用，只能推倒重建。近年来，可恢复功能的自复位预制预应力混凝土框架结构由于其不仅能够在地震发生时保护人员的生命财产，而且在震后残余位移小，利于修复，逐渐发展为基于性能地震工程研究的一种新型框架结构。目前，自复位预制混凝土框架节点所采用耗能器主要有屈服耗能器和摩擦耗能器两类。虽然该类结构整体初始抗侧刚度较大，但其都只存在单一启动力，一旦耗能器屈服或摩擦启动，梁柱节点间隙张开，结构抗侧刚度主要靠预应力筋刚度提供，结构刚度明显降低。在强震作用下，层间刚度的较大削弱，易导致自复位预制混凝土结构产生较明显的高阶模态效应，结构变形易于集中，局部楼层位移角较大，非结构构件损伤增加，结构的震后复位能力亦受到影响。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种能够消耗地震作用下的能量，消除或降低预制装配式钢筋混凝土结构在地震作用下的残余变形，避免预制梁柱等主体结构构件出现明显的塑性变形的顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置，该节点装置可有效解决上述自复位预制混凝土框架进一步推广应用中的瓶颈问题。技术方案：本专利技术的顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置，包括预制混凝土柱、位于所述预制混凝土柱一侧的预制混凝土梁、将所述预制混凝土柱和预制混凝土梁连接为一体的上下两个变摩擦耗能器，所述变摩擦耗能器包括两个连接在预制混凝土柱侧面的中摩擦固定板、将所述两个中摩擦固定板连接为一体的中摩擦连接板、连接在所述中摩擦连接板上开有摩擦螺栓孔的两个中摩擦钢板、连接在预制混凝土梁上预留有摩擦螺栓孔的两个内摩擦钢板和两个预留有摩擦螺栓孔的外摩擦钢板、将所述两个内摩擦钢板连接为一体的内摩擦端板，两个内摩擦钢板对称设置在预制混凝土梁顶部两侧，两个外摩擦钢板分别设置在内摩擦钢板外侧，内摩擦钢板和外摩擦钢板之间的部分区域设置有垫板，并通过承压型高强螺栓将内摩擦钢板、外摩擦钢板、垫板和预制混凝土梁连成一整体，中摩擦钢板设置在外摩擦钢板和内摩擦钢板之间的其余区域，并通过摩擦型高强螺栓将外摩擦钢板、中摩擦钢板、内摩擦钢板和预制混凝土梁连成一整体，内摩擦端板与中摩擦连接板相邻，外摩擦钢板和中摩擦钢板相对的侧面均设置成起伏面，二者的起伏面相互交错嵌合。预制混凝土柱和预制混凝土梁中设置有贯穿二者的横向的预应力筋。进一步的，本专利技术装置中，所述变摩擦耗能器中，中摩擦钢板与内摩擦钢板之间嵌入摩擦片。进一步的，本专利技术装置中，预制混凝土梁上预留的第一摩擦螺栓孔、内摩擦钢板上的第二摩擦螺栓孔与外摩擦钢板上的第四摩擦螺栓孔的孔径相同，且小于中摩擦钢板上的第三摩擦螺栓孔孔径。进一步的，本专利技术装置中，承压型高强螺栓穿过外摩擦钢板上设置的第一固定螺栓孔、垫板上设置的第二固定螺栓孔、内摩擦钢板上设置的第三固定螺栓孔后与预制混凝土梁连接固定，摩擦型高强螺栓穿过第四摩擦螺栓孔、第三摩擦螺栓孔、第二摩擦螺栓孔后与预制混凝土梁连接固定。进一步的，本专利技术装置中，中摩擦固定板通过抗剪栓钉固定在预制混凝土柱侧面。进一步的，本专利技术装置中，预应力筋布置在预制混凝土柱和预制混凝土梁上预留的横向穿筋孔中。本专利技术节点装置基于“变摩擦耗能”、“预应力复位”的紧密融合，其基本原理在于：变摩擦耗能器利用摩擦预紧力的改变实现两阶段启动、启动后变刚度，通过第二次启动后刚度控制高阶模态效应，通过变摩擦增加耗能能力，从而减小自复位预应力混凝土框架结构层间位移角和加速度；同时，变摩擦耗能器通过预埋件和螺栓与梁柱可靠连接于梁侧面的顶底位置，不影响楼板布置，并使摩擦耗能的效率最大化。本专利技术通过将预制预应力混凝土梁柱节点与变摩擦耗能器组合在一起，以共同抵抗地震作用，消耗地震能量。结构包含预制混凝土柱，预制混凝土梁，变摩擦耗能器，。节点转动过程中中摩擦钢板不与柱分离，是在中摩擦固定板上焊接抗剪栓钉。内摩擦钢板和中摩擦钢板产生相对滑动耗散地震能量，贯穿于预制混凝土柱和预制混凝土梁的预应力筋提供自复位力使梁柱恢复到变形前位置。本专利技术中，内摩擦钢板与中摩擦钢板生相对滑动耗散能量，自复位框架梁柱节点产生相对滑动需要一定的转动空间，所以加大中摩擦钢板摩擦螺栓孔直径以保证节点转动不受限制。中摩擦钢板、外摩擦钢板、均制作为起伏面，当梁柱相对转动超过一定范围时，中摩擦钢板与外摩擦钢板由于起伏面的存在，其间的距离会不断增大并压缩蝶形垫片，使摩擦面法向正压力不断增加，进而增大摩擦力，使得摩擦耗能器具有了二次刚度以及逐渐增强的耗能能力。在工厂预制混凝土柱和混凝土梁，并在相应位置留有预应力筋孔洞，梁、柱构件在现场吊装就位后，将预应力筋穿过梁柱中预留的孔洞，然后进行张拉。后张的无粘结预应力筋既可以在安装阶段用于装置连接，也可以在使用阶段承受拉力和弯矩作用。为了提高节点装置在使用过程中的耗能能力和节点张开后刚度大幅降低，在梁柱节点的上下部位均设置一对变摩擦耗能器。该变耗能器以组合钢件构成耗能装置，由外摩擦钢板、中摩擦钢板、内摩擦钢板、摩擦片、柱端预埋钢板、梁端预埋钢板、承压型高强螺栓、摩擦型高强螺栓、蝶形垫片组成。变摩擦耗能器中两个开有摩擦螺栓孔和起伏面的中摩擦钢板焊接在一中摩擦连接板上构成一整体，在中摩擦连接板上焊接的中摩擦固定板上焊接足够数量和强度的抗剪栓钉将中摩擦钢板和预制混凝土柱连为一整体。由一端板连接的两个内摩擦钢板、设置与最外侧的带有摩擦螺栓孔和起伏面的外摩擦钢板、介于内摩擦钢板和外摩擦钢板部分区域的垫板通过承压型高强螺栓与预制混凝土梁的上端连为一整体，在内摩擦钢板与中摩擦钢板之间嵌入摩擦片，并用摩擦型高强螺栓将内摩擦钢板、中摩擦钢板、外摩擦钢板和摩擦片连成一整体而构成变摩擦耗能器。本专利技术装置主要用于提高装配式混凝土框架结构在地震作用下的耗能能力，有效消除或降低结构在地震作用下的残余变形，并且提高结构的组装效率。本专利技术针对现有常规自复位预制钢筋混凝土框架节点连接方法中出现的不足，将“变摩擦耗能”与“预应力复位”紧密融合，利用变摩擦耗能器实现多阶段启动、启动后变刚度，通过变刚度控制高阶模态效应，通过变摩擦增加耗能能力，从而减小自复位预应力混凝土框架结构层间位移角和加速度。同时，变摩擦耗能器通过预埋件和螺栓与梁柱可靠连接于梁侧面的顶底位置，不影响楼板布置，并使摩擦耗能的效率最大化。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：目前基于屈服耗能器或摩擦耗能器的自复位预制混凝土框架节点，都只存在单一启动力。虽然结构整体初始抗侧刚度较大，但一旦耗能器屈服或摩擦启动，梁柱节点间隙张开，结构抗侧刚度主要靠预应力筋刚度提供，结构刚度明显降低。在强震作用下，层间刚度的较大削弱，易导致自复位预制混凝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置，其特征在于，该节点装置包括预制混凝土柱(1)、位于所述预制混凝土柱(1)一侧的预制混凝土梁(2)、将所述预制混凝土柱(1)和预制混凝土梁(2)连接为一体的上下两个变摩擦耗能器，所述变摩擦耗能器包括两个连接在预制混凝土柱(1)侧面的中摩擦固定板(5)、将所述两个中摩擦固定板(5)连接为一体的中摩擦连接板(4)、连接在所述中摩擦连接板(4)上开有摩擦螺栓孔的两个中摩擦钢板(3)、连接在预制混凝土梁(2)上预留有摩擦螺栓孔的两个内摩擦钢板(6)和两个预留有摩擦螺栓孔的外摩擦钢板(8)、将所述两个内摩擦钢板(6)连接为一体的内摩擦端板(7)，两个内摩擦钢板(6)对称设置在预制混凝土梁(2)顶部两侧，两个外摩擦钢板(8)分别设置在内摩擦钢板(6)外侧，内摩擦钢板(6)和外摩擦钢板(8)之间的部分区域设置有垫板(19)，并通过承压型高强螺栓(11)将内摩擦钢板(6)、外摩擦钢板(8)、垫板(19)和预制混凝土梁(2)连成一整体，中摩擦钢板(3)设置在外摩擦钢板(8)和内摩擦钢板(6)之间的其余区域，并通过摩擦型高强螺栓(10)将外摩擦钢板(8)、中摩擦钢板(3)、内摩擦钢板(6)和预制混凝土梁(2)连成一整体，内摩擦端板(7)与中摩擦连接板(4)相邻，外摩擦钢板(8)和中摩擦钢板(3)相对的侧面均设置成起伏面，二者的起伏面相互交错嵌合；所述预制混凝土柱(1)和预制混凝土梁(2)中设置有贯穿二者的横向的预应力筋(12)。...
【技术特征摘要】
1.一种顶底变摩擦耗能自复位预应力混凝土梁柱节点装置，其特征在于，该节点装置包括预制混凝土柱(1)、位于所述预制混凝土柱(1)一侧的预制混凝土梁(2)、将所述预制混凝土柱(1)和预制混凝土梁(2)连接为一体的上下两个变摩擦耗能器，所述变摩擦耗能器包括两个连接在预制混凝土柱(1)侧面的中摩擦固定板(5)、将所述两个中摩擦固定板(5)连接为一体的中摩擦连接板(4)、连接在所述中摩擦连接板(4)上开有摩擦螺栓孔的两个中摩擦钢板(3)、连接在预制混凝土梁(2)上预留有摩擦螺栓孔的两个内摩擦钢板(6)和两个预留有摩擦螺栓孔的外摩擦钢板(8)、将所述两个内摩擦钢板(6)连接为一体的内摩擦端板(7)，两个内摩擦钢板(6)对称设置在预制混凝土梁(2)顶部两侧，两个外摩擦钢板(8)分别设置在内摩擦钢板(6)外侧，内摩擦钢板(6)和外摩擦钢板(8)之间的部分区域设置有垫板(19)，并通过承压型高强螺栓(11)将内摩擦钢板(6)、外摩擦钢板(8)、垫板(19)和预制混凝土梁(2)连成一整体，中摩擦钢板(3)设置在外摩擦钢板(8)和内摩擦钢板(6)之间的其余区域，并通过摩擦型高强螺栓(10)将外摩擦钢板(8)、中摩擦钢板(3)、内摩擦钢板(6)和预制混凝土梁(2)连成一整体，内摩擦端板(7)与中摩擦连接板(4)相邻，外摩擦钢板(8)和中摩擦钢板(3)相对的侧面均设置成起伏面，二者的起伏面相互交错嵌合；所述预制混凝土柱(1)和预制混凝土梁(2)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄林杰，周臻，左春丽，章梦霞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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