框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固方法技术

本发明专利技术为框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固的方法，包括方柱和三根矩梁，方柱轴线与三根矩梁轴线交点位置为坐标原点O，形成空间直角坐标系，以原点为中心形成八个象限，单独存在的矩梁所在一侧为左，相对一侧为右，在节点结构的周围的8个象限设置八块异形钢板，八块异形钢板之间通过螺栓连接将整个节点周围的方柱和矩梁均包裹起来；八块异形钢板中有两种不同结构的异形钢板，相邻的两块异形钢板之间通过螺栓将相对的两个法兰固定连接在一起，通过法兰上的螺栓对节点施加X、Y、Z三个轴向预应力。该方法针对方柱和矩梁组合结构的半空间节点进行设计，能够实现在不破坏柱梁原有结构的前提下，提高半空间节点的承载性能。载性能。载性能。

【技术实现步骤摘要】
框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固方法


[0001]本专利技术公开了一种混凝土框架结构柱节点的加固方法，特别是指一种方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固的一种新方法。

技术介绍

[0002]混凝土框架结构节点处梁筋及柱筋交汇，箍筋密集、构造复杂；节点承受轴力及梁和柱传来的弯距和剪力等，受力情况极为复杂，是框架结构在受到地震等动态水平荷载时极易破坏的薄弱环节。
[0003]装配式建筑是国家正在大力推广的一种结构型式，把工厂制作好的建筑构件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等)和配件，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。具有高效率、高精度、高质量和环保的优点，但由于其构件节点处在施工现场“冷”装配，其节点连接刚性差，整体结构的抗震性能和结构抗倒塌能力差，节点更需要加固改造。
[0004]框架结构节点的加固可分为梁端加固、柱端加固以及节点核心区的加固，而常用的加固方法有碳纤维加固法、柱外包角钢加固法、外粘钢板加固法、增大截面加固法等。这些加固方法要么加固柱端要么加固梁端，要么在混凝土中钻孔植筋，破坏端部的整体性，而且都存在应力滞后的问题。
[0005]如申请号为201810194317.1的中国专利，公开一种梁柱节点加固结构及其施工方法，该加固结构通过在横梁和纵梁上设置横管和纵管，能在横梁与纵梁与柱体进行焊接的基础上进行加固，在横管通过连接件的钢板间接加固在柱翼板上，纵管的两纵侧板分别与两柱翼板贴合固定，该专利主要是针对钢结构节点进行设置，钢结构节点能够使外层结构与梁柱节点焊接固定，此种方式不适合于混凝土类梁柱节点的加固，需要与原有梁柱内部结构进行焊接连接。
[0006]如申请号201711212346.8的中国专利，公开了一种预应力装配式节点的耗能套筒及其安装、工作方法，套筒包括若干套筒分体单元，若干套筒分体单元之间通过高强螺栓拼接成一个包裹预应力装配式节点的套筒；每个套筒分体单元均包括柱套筒分体单元和梁端套筒，柱套筒分体单元和所述梁端套筒之间通过角部的弧形粘弹性阻尼器连接；弧形粘弹性阻尼器包括若干弧形钢板，若干弧形钢板之间通过粘弹性材料依层次交替叠合。该专利技术针对预应力装配式节点的耗能套筒能提高装配式节点的耗能能力。它的局限性在于：
①
该耗能装置只适合于装配式节点，柱和梁在工厂预制好，二者连接位置用预应力将其连接在一起，预应力是节点组合固结的一种方式，即一种装配的方式；
②
耗能套筒要和节点施工成型时同步安装；
③
耗能套筒的作用是耗能减振，并不能增加节点的强度和刚度。
[0007]因此，对混凝土框架结构节点的加固，要综合考虑加固后节点的安全性、适用性、合理性及经济性，要满足如下几点：
①
不破坏节点的原有刚性，不在节点处的梁端或柱端钻孔植筋；
②
加固施工没有湿作业；
③
加固用元件可以在工厂制作，在现场拼装施工；
④
加固材料不存在应力滞后，节点不出现梯次破坏。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是：提供一种框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固的方法，该方法针对方柱和矩梁组合结构的半空间节点(图1)进行设计，能够实现在不破坏柱梁原有结构的前提下，提高半空间节点的承载性能。
[0009]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
[0010]一种框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固的方法，包括方柱1和三根矩梁2，三根矩梁互成90
°
角，且三者的中心轴位于方柱的同一高度位置，构成半空间节点结构；以方柱轴线所在方向为Z方向，其中一根矩梁轴线所在方向为X方向,一对矩梁轴线所在方向为Y方向,X、Y、Z轴的正向满足右手定则；方柱轴线与三根矩梁轴线交点位置为坐标原点O，形成空间直角坐标系，以原点为中心形成八个象限，单独存在的矩梁所在一侧为左，相对一侧为右，其特征在于：
[0011]在节点结构的周围的8个象限设置八块异形钢板3，八块异形钢板之间通过螺栓连接将整个节点周围的方柱和矩梁均包裹起来；
[0012]八块异形钢板中有两种不同结构的异形钢板，第一种异形钢板共四块，包裹节点左边四个象限；每块第一种异形钢板均包含直角等边角钢连接件31，直角等边角钢连接件在Z轴方向的高度小于节点核心加固区高度的一半，角钢在X、Y方向的两个边长应小于方柱边长的一半，角钢能与方柱侧面进行紧密贴合；
[0013]在直角等边角钢连接件的X、Y方向分别设有一个拐角凸台32，每个拐角凸台的上部设置有L型结构法兰33，L型结构法兰的两个直角边均开设有螺栓通孔34，拐角凸台的下部也设置有水平法兰35，水平法兰与直角等边角钢连接件及拐角凸台之间的夹角均为90
°
，水平法兰上均开设有两个螺栓通孔；拐角凸台所在位置恰好能与相应的矩梁的棱、矩梁和方柱相交位置贴合在一起；
[0014]第二种异形钢板共四块，包裹节点的右边四个象限，第二种异形钢板的直角等边角钢连接件一侧边缘设置有无梁侧法兰36，无梁侧法兰的高度与直角等边角钢连接件的高度一致，且无梁侧法兰的上下位置均开设螺栓通孔；第二种异形钢板的直角等边角钢连接件另一侧设置拐角凸台，拐角凸台的底部也设置水平法兰，该水平法兰一端与拐角凸台底部连接，另一端与无梁侧法兰底部连接；
[0015]相邻的两块异形钢板之间通过螺栓将相对的两个L型结构法兰、无梁侧法兰固定连接在一起，相对应的上下两块异形钢板通过螺栓将相对位置的两个水平法兰连接在一起，使八块异形钢板对节点位置形成完全的包裹。
[0016]通过法兰上的螺栓对节点施加X、Y、Z三个轴向预应力。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]①
本专利技术直接在节点外设置8块包裹的异形钢板(图2、图3)，不在节点周围的梁、柱结构中开孔植筋，不破坏节点固有的承载性能；
[0019]②
加固用元件在工厂制作，在现场拼装施工，加固施工速度快；
[0020]③
8块异形钢板实施了对节点的全包裹，能够实现对节点的三轴预应力加固；
[0021]④
能够适用于各种材质的梁柱节点的加固。节点材料可以是混凝土、钢材和木材；
[0022]⑤
本专利技术能够在X、Y、Z三轴方向上对节点施加预应力，且预应力大小可以调整，使
得节点一次受力和二次受力同步，能避免节点超载时出现梯次破坏；
[0023]⑥
预应力加固施工时，不影响节点的在役使用；
[0024]⑦
加固施工没有湿作业，加固施工完成后，节点可以立即承载；
[0025]⑧
节点加固后，节点的承载力、刚度和能耗能力均能得到提高。
附图说明
[0026]图1为本专利技术方柱和矩梁组合的半空间节点模型图。
[0027]图2为异形钢板(贴角)在半空间侧的结构示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种框架结构方柱矩梁半空间节点异形钢板三轴预应力加固的方法，包括方柱和三根矩梁，三根矩梁互成90
°
角，且三者的中心轴位于方柱的同一高度位置，构成半空间节点结构；以方柱轴线所在方向为Z方向，其中一根矩梁轴线所在方向为X方向,一对矩梁轴线所在方向为Y方向,X、Y、Z轴的正向满足右手定则；方柱轴线与三根矩梁轴线交点位置为坐标原点O，形成空间直角坐标系，以原点为中心形成八个象限，单独存在的矩梁所在一侧为左，相对一侧为右，其特征在于：在节点结构的周围的8个象限设置八块异形钢板，八块异形钢板之间通过螺栓连接将整个节点周围的方柱和矩梁均包裹起来；八块异形钢板中有两种不同结构的异形钢板，第一种异形钢板共四块，包裹节点左边四个象限；每块第一种异形钢板均包含直角等边角钢连接件，直角等边角钢连接件在Z轴方向的高度小于节点核心加固区高度的一半，角钢在X、Y方向的两个边长应小于方柱边长的一半，角钢能与方柱侧面进行紧密贴合；在直角等边角钢连接件的X、Y方向分别设有一个拐角凸台，每个拐角凸台的上部设置有L型结构法兰，L型结构法兰的两个直角边均开设有螺栓通孔，拐角凸台的下部也设置有水平法兰，水平法兰与直角等边角钢连接件及拐角凸台之间的夹角均为90
°
，水平法兰上均开设有两个螺栓通孔；拐角凸台所在位置恰好能与相应的矩梁的棱、矩梁和方柱相交位置贴合在一起；第二种异形钢板共四块，包裹节点的右边四个象限，第二种异形钢板的直角等边角钢连接件一侧边缘设置有无梁侧法兰，无梁侧法兰的高度与直角等边角钢连接件的高度一致，且无梁侧法兰的上下位置均开设螺栓通孔；第二种异形钢板的直角等边角钢连接件另一侧设置拐角凸台，拐角凸台的底部也设置水平法兰，该水平法兰一端与拐角凸台底部连接，另一端与无梁侧法兰底部连接；相邻的两块异形...

【专利技术属性】
技术研发人员：任振华，曾宪桃，谢小鱼，刘云付，周光裕，曾浩，梁桥，王军，罗章，刘兆丰，刘向龙，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：