易安装更换的防屈曲耗能构件的柱梁节点及其施工方法与流程

本发明专利涉及建筑结构的抗震领域，特别涉及一种易安装更换的防屈曲耗能构件的柱梁节点及其施工方法。

背景技术：

梁柱节点的抗震性能一直是建筑结构的重点发展领域。对于梁柱节点而言，一般通过将塑性铰区从柱面外移到梁上，实现强柱弱梁的思想。

cn105780960a提供一种全预制装配式柱—梁防屈曲耗能节点，所述防屈曲耗能节点包括两防屈曲翼缘金属板耗能阻尼器、两高强腹板连接板、一第一预埋钢梁以及一第二预埋钢梁；所述第一预埋钢梁的一端埋入所述混凝土柱中，另一端向外伸出柱面；所述第二预埋钢梁的一端埋入所述混凝土梁中，另一端向外伸出梁端面；所述第一预埋钢梁与第二预埋钢梁的上下翼缘通过两所述防屈曲翼缘金属板耗能阻尼器相连接；所述第一预埋钢梁与第二预埋钢梁中部的两侧通过两所述高强腹板连接板相连接。其优点在于：可以通过该防屈曲耗能节点来实现塑性铰从柱面向外移，从而减少对防屈曲耗能节点核心区的损伤，实现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的抗震性能要求。

而cn103556780a也提供一种翼缘防屈曲型钢-混凝土组合梁，包括柱子和翼缘防屈曲型钢部。该翼缘防屈曲型钢部安装于柱子上，所述翼缘防屈曲型钢部包括钢梁、楼板、栓钉、螺栓和防屈曲钢套板，所述楼板通过栓钉固定于钢梁上，所述防屈曲钢套板通过螺栓紧固于钢梁下翼缘和下部腹板处。其具有施工便捷、自重轻、强度高、刚度大、正负弯矩作用下性能对称的优点。

上述文献的力学机理在于，对于钢梁而言，塑性铰转移动到梁上后，由于上、下翼缘承担“拉-压”反复荷载，在受压时可能会产生屈曲，因此，在翼缘上设计为防屈曲支撑的形式，来提高梁柱节点的耗能性能。

cn104088375a公开了一种屈曲约束钢筋构造，上部钢筋、下部钢筋、屈曲约束钢筋、约束套管、螺纹连接套筒及封闭材料组成，其优点在于：在地震荷载等偶然荷载的往复作用下，纵向受力钢筋在受压屈曲时受到外部约束套管的约束，从而提高纵向受力钢筋的轴向压缩承载能力，在反复荷载下既能保持纵向受力钢筋本身的传力承载性能，同时可以防止纵向受力钢筋的屈曲失效，提高整个墩柱构件或墩柱-梁节点的耗能能力。cn104088375a的方法与cn105780960a、cn103556780a的原理类似，均是将钢筋、钢翼缘设置约束构件，防止其受压屈曲。类似的方案，还有如cn105525679a，也是利用梁-柱之间设置的耗能棒来耗能。

然而，在地震作用后，防屈曲构件也存在一定的损伤，如何快速的安装恢复防屈曲耗能构件成为一个亟待解决的问题。在现有技术中，还未对梁柱节点，特别是混凝土梁-混凝土柱中的防屈曲耗能构件快速更换这一问题进行系统的分析与解决。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种易安装更换的防屈曲耗能构件的柱梁节点及其施工方法，解决如何快速的安装恢复防屈曲耗能构件的技术问题。

一种易安装更换的防屈曲耗能构件的柱梁节点，包括：混凝土柱(1)、第二混凝土梁(2-2)，混凝土柱(1)为预制、且柱面带有第一短梁(2-1)，第二混凝土梁(2-2)也为预制；第一短梁(2-1)预埋有突出第一短梁(2-1)端面的第一纵筋(3-1)，第二混凝土梁(2-2)的端部的上、下侧设置有企口(2-3)，第二混凝土梁(2-2)的第二纵筋(3-2)伸出企口端面，第一纵筋(3-1)与第二纵筋(3-2)相互对应；第一纵筋(3-1)与第二纵筋(3-2)之间连接有耗能棒构件(4)；

在第一短梁(2-1)内预埋第一限位管(9)；

耗能棒构件(4)与第一纵筋(3-1)连接的第一螺纹连接组件(10)包括：第五连接套筒(10-1)、第六连接套筒(10-2)，第五连接套筒(10-1)包括第三凸缘、第四凸缘和挡合部，第三凸缘、第四凸缘内侧有螺纹；第六连接套筒的内侧有螺纹，其与耗能棒构件(4)以及第四凸缘的外侧螺纹连接；

第二混凝土梁(2-2)在企口处设置竖向板(6-2)；

耗能棒构件(4)与第二纵筋(3-2)连接的第二螺纹连接组件(7)包括：第一连接套筒(7-1)、第二连接套筒(7-2)、第三连接套筒(7-3)、第四连接套筒(7-4)；所述第四连接套筒(7-4)包括第一凸缘、第二凸缘和挡合部，第一凸缘和第二凸缘的内侧设置有螺纹且与第二纵筋(3-2)连接，第二凸缘插入到竖向板(6-2)的通孔(6-3)，在第一凸缘的外表面也设置有螺纹；所述第三连接套筒(7-3)的内表面螺纹连接与第四连接套筒(7-4)的凸缘的外表面；第二连接套筒(7-2)的内表面螺纹连接耗能棒构件(4)的端部；所述第一连接套筒(7-1)的内表面螺纹连接于第二连接套筒(7-2)以及第三连接套筒(7-3)。

进一步，第一短梁(2-1)与第二混凝土梁(2-2)之间采用齿槽式或者型钢接头的连接方式连接。

进一步，第一限位管(9)为钢管，第五连接套筒(10-1)的第三凸缘与第一限位管(9)的接触面为光滑面。

进一步，在企口(2-3)的两侧与第二混凝土梁(2-2)固接的有挡块(2-4)；在第一约束钢板(8-1)的底板上固接有螺杆(8-3)，在企口内的耗能棒构件(4)的外面设置有混凝土约束板，第二约束钢板(8-2)设置在混凝土约束板的外侧，将混凝土约束板以及第二约束钢板(8-2)设置有与螺杆(8-3)相对应的孔。

一种易安装更换的防屈曲耗能构件的柱梁节点的施工方法，安装耗能棒构件(4)，其安装步骤如下：

第一，将第四连接套筒(7-4)穿过第二纵筋(3-2)且进入通孔(6-3)中，将第三连接套筒(7-3)螺纹连接在第四连接套筒(7-4)的凸缘上，将第一连接套筒套(7-1)套在耗能棒构件(4)上，在耗能棒的端部螺纹连接第二连接套筒(7-2)；

第二，将耗能棒构件(4)与第一螺纹连接组件连接；

第三，将第一连接套筒(7-1)与第二连接套筒(7-2)与第三连接套筒(7-3)连接在一起。

进一步，在耗能棒构件(4)安装之前，在混凝土梁的竖向板(6-2)，以及企口的其他部位的表面粘贴一层弹性介质，在弹性介质上安装第一约束钢板(8-1)，第一约束钢板(8-1)包括底部板和两侧竖向板。

进一步，在耗能棒构件(4)安装之后，将混凝土约束板的孔对应于螺杆，放置于企口中，螺杆(8-3)穿过第二约束钢板(8-2)的表面，然后用螺母旋紧。

进一步，耗能棒与第一螺纹连接组件连接的步骤如下：首先，第五连接套筒(10-1)旋入第一钢筋、第五连接套筒(10-1)第三凸缘进入第一限位管(9)中直至其挡合部与第一短梁接触，其次，将第六连接套筒(10-2)螺纹连接在第五连接套筒(10-1)的第四凸缘上，最后，将耗能棒构件(4)螺纹连接在第六连接套筒(10-2)内。

采用上述技术方案，与现有技术相比，优点包括以下几点。

第一，通过在企口中安装耗能棒构件，以便于安装更换耗能棒构件。

第二，耗能棒构件与纵筋连接采用连接套筒的手段连接，从对比例一～实施例一，先后解决以下问题：如何连接耗能棒构件、如何避免第一纵筋和第二纵筋的伸出的端部的屈曲、如何避免套筒的旋入旋出。

第三，在混凝土企口上设置挡块，是为了限定企口内的混凝土的定位；而将企口内的混凝土预制成板，通过螺杆螺母连接，能够方便的安装耗能棒构件的混凝土约束。

附图说明：

图1：对比例一～实施例一的第一短梁与第二混凝土梁的设计图。

图2：对比例一的纵筋与耗能棒构件连接设计图。

图3：对比例二的纵筋与耗能棒连接设计图。

图4：对比例三的纵筋与耗能棒连接设计图。

图5：对比例三的竖向板(6-2)的示意图。

图6：实施例一的纵筋与耗能棒构件连接设计图。

图7：实施例一的第一约束钢板(8-1)与第二约束钢板(8-2)的示意图。

图8：实施例二的第一短梁与第二混凝土梁的设计图。

图9：实施例三的第第二混凝土梁的企口的限位块和螺杆的设计图。

附图标记：1混凝土柱，2-1第一短梁，2-2第二混凝土梁，2-3企口，3-1第一纵筋，3-2第二纵筋，4耗能棒构件，4-1第一锥形钢套筒、4-2第二锥形钢套筒，5-1第一连接组件，5-2第二连接组件，5-2-1耗能棒连接套筒,5-2-2纵筋连接构件，6-2竖向板，6-3通孔，7第二螺纹连接组件,7-1第一连接套筒，7-2第二连接套筒，7-3第三连接套筒，7-4第四连接套筒，8-1第一约束钢板，8-2第二约束钢板，8-3螺杆，9第一限位管。

具体实施方式

对比例一，对于预制装配式混凝土梁-混凝土柱连接节点而言，为了便于更换可耗能连接组件，第一种选择是如cn105780960a，在梁中预埋型钢，利用突出梁的型钢连接耗能组件。这一方式，也可应用与钢梁。上述方案在梁端的弯矩承载力下降过多，只有型钢来承担弯矩，而混凝土未承担弯矩。为此，发明人摒弃了利用型钢连接件上的翼缘更换耗能构件的思想。第二种选择是如cn105525679a，在混凝土梁-柱之间设置耗能棒，利用耗能棒来实现耗能。但是，其耗能棒是浇筑在叠合梁中，更换起来不方便；而更为重要的是，在力学机理上，耗能棒处于拉压往复荷载中，在耗能棒受拉时，其实际上是利用耗能棒两侧的固定铁件与混凝土之间的剪切力来传递耗能棒的拉力，这对于混凝土与固定铁件的强度要求较高，而在耗能棒受压屈曲时，还可能对混凝土产生破坏。

如图1所示，为对比例1的方案，包括：混凝土柱(1)、第二混凝土梁(2-2)，混凝土柱(1)的柱面带有第一短梁(2-1)，第一短梁(2-1)与第二混凝土梁(2-2)之间采用齿槽式或者型钢接头的连接方式连接；第一短梁(2-1)预埋有突出第一短梁(2-1)端面的第一纵筋(3-1)，第二混凝土梁(2-2)的端部的上、下侧设置有企口(2-3)，第二混凝土梁(2-2)的第二纵筋(3-2)伸出企口端面，第一纵筋(3-1)与第二纵筋(3-2)相互对应；第一纵筋(3-1)与第二纵筋(3-2)之间连接有耗能棒构件(4)。

耗能棒构件(4)安装完成后，在企口内填充混凝土；企口内填充的混凝土与第一短梁(2-1)、第二混凝土梁(2-2)之间设置有弹性介质层。

如图2所示，耗能棒构件(4)与第一纵筋(3-1)、第二纵筋(3-2)分别采用第一锥形钢套筒(4-1)、第二锥形钢套筒(4-2)连接；耗能棒构件(4)的两端带有螺纹状，其截面积较第一纵筋(3-1)、第二纵筋(3-2)大；第一锥形钢套筒(4-1)、第二锥形钢套筒(4-2)的形状相同。安装时，先将第一锥形钢套筒(4-1)与第一纵筋螺纹连接在一起、第二锥形钢套筒(4-2)与第二纵筋螺纹连接在一起，且第二锥形钢套筒(4-2)先向第二纵筋的方向移动，然后将耗能棒构件与第一锥形钢套筒(4-1)的另一端螺纹连接，然后旋转第二锥形钢套筒、向耗能构件的方向移动，

第一，综合了cn105780960a、cn105525679a两方面的优势：将耗能棒直接与梁的纵筋连接，不需要再设置耗能棒的锚固件。

第二，在第二混凝土梁(2-2)的上、下表面设置企口的作用，一是为了削弱梁端的抗弯刚度，使得塑性铰从柱面移到混凝土梁上，使得耗能棒耗能；二是耗能棒设置在上、下表面的企口中，以便于耗能棒的安装与更换。

第三，耗能棒受压屈曲耗能，如果耗能棒的屈曲变形过大，混凝土也会破碎。如果耗能棒的混凝土与混凝土梁连接，其破碎会使得混凝土梁丧失承载力。而本申请对耗能棒防屈曲的混凝土不参与受力，其破碎不会对混凝土梁的承载力产生影响。而为了提到耗能棒的防屈曲性能，可以在混凝土的外侧设置钢板。

第四，耗能棒与第一纵筋、第二纵筋的连接是个难点。耗能棒与第一纵筋通过第一锥形钢套筒通过螺纹连接后，耗能棒不能再次旋转，通过第二锥形钢套筒预先第二纵筋螺纹连接，且第二锥形钢套筒旋入第二纵筋，耗能棒与第一锥形钢套筒安装完成后，然后将第二锥形钢套筒反向旋转，以使得第二锥形钢套筒与耗能棒连接在一起。

对比例一的问题在于：第二锥形钢套筒在连接时，需要移动的距离较大，而第二锥形钢套筒是在第二纵筋上移动，因此，第二纵筋伸出混凝土梁的距离也较长。

针对上述不足，提出了对比例二：如图3所示，将第一、第二锥形钢套筒均换为第一、第二连接组件(5-1，5-2)，两者的结构相同，其由两个部件组成：耗能棒连接套筒(5-2-1)和纵筋连接构件(5-2-2)，纵筋连接构件为带凸缘的螺纹部件，凸缘的内端与外端均设有螺纹，凸缘的内端与第一或者第二纵筋螺纹连接，凸缘的外端与耗能棒连接套筒(5-2-1)的内端螺纹连接。安装时，耗能棒构件先与第一纵筋连接，在耗能棒构件与第二纵筋连接时，先将耗能棒连接套筒(5-2-1)螺纹连接，纵筋连接构件(5-2-2)预先旋转在第二纵筋上，在耗能棒就位后，将纵筋连接构件(5-2-2)向耗能棒方向旋转，使得纵筋连接构件(5-2-2)的凸缘与耗能棒连接套筒(5-2-1)连接在一起，直至耗能棒连接套筒(5-2-1)碰到纵筋连接构件(5-2-2)的挡合部。

对比例二的优点在于，将耗能棒构件与第二纵筋螺纹连接的设置为2个构件，能够极大的方便耗能棒的安装。但是在试验过程中，发现：第一纵筋和第二纵筋的伸出的端部有出现屈曲现象。

对比例三：如图4-5所示，在第二混凝土梁(2-2)的上、下企口内固定安装有竖向板(6-2)，在第一短梁(2-1)内预埋第一限位管(9)、其采用金属材质且突出于第一短梁(2-1)，安装时，将耗能棒构件与第一纵筋的第一连接组件(5-1)螺纹连接；竖向板(6-2)上设置与第二纵筋相对应的通孔(6-3)，安装时，首先将耗能棒连接套筒(5-2-1)先旋入耗能棒构件，然后将第二纵筋连接构件(5-2-2)的挡合部插入通孔(6-3)，最后耗能棒构件定位时，将耗能棒连接套筒(5-2-1)旋出，与第二纵筋连接构件(5-2-2)的凸缘的螺纹连接。竖向板(6-2)的通孔(6-3)与第二纵筋连接构件(5-2-2)的挡合部并不固定，同样的设计，第一纵筋的连接组件(5-1)也不与第一限位管(9)固定，以使得纵筋传力给耗能棒构件。

实施例一：虽然经过对比例一到对比例三的若干改进，但是，三个方案均存在一个问题：就是均需要其中的连接的部件旋入旋出。由于，上述部件要起到传递“拉-压”荷载的作用，一般采用较为紧密的螺纹连接，即旋入旋出所需要的力度较大。在对比例三的基础上，如何避免旋入旋出，是继续改进的关键点。

耗能棒构件(4)与第一纵筋连接的第一螺纹连接组件(10)包括：第五连接套筒(10-1)、第六连接套筒(10-2)，第五连接套筒(10-1)包括第三凸缘、第四凸缘和挡合部，包括第三凸缘、第四凸缘内侧有螺纹；第六连接套筒的内侧有螺纹，其与耗能棒构件(4)以及第四凸缘的外侧螺纹连接；安装时，第五连接套筒(10-1)旋入第一钢筋、第五连接套筒(10-1)第三凸缘进入第一限位管(9)中直至其挡合部与第一短梁接触，然后将第六连接套筒(10-2)螺纹连接在第五连接套筒(10-1)的第四凸缘上，然后将耗能棒构件(4)螺纹连接在第六连接套筒(10-2)内。

耗能棒构件(4)与第二纵筋(3-2)连接的第二螺纹连接组件(7)包括：第一连接套筒(7-1)、第二连接套筒(7-2)、第三连接套筒(7-3)、第四连接套筒(7-4)；

第四连接套筒(7-4)包括第一凸缘、第二凸缘和挡合部，第二凸缘的内侧设置有螺纹、且其插入到竖向板(6-2)的通孔(6-3)，在第一凸缘的内外表面均布置有螺纹；

第三连接套筒(7-3)的内表面螺纹连接与第四连接套筒(7-4)的凸缘的外表面；第二连接套筒(7-2)的内表面螺纹连接耗能棒构件(4)的端部；

第一连接套筒(7-1)的内表面螺纹连接于第二连接套筒(7-2)以及第三连接套筒(7-3)。安装时，第一连接套筒由于其内表面不与耗能棒构件接触，不需要像对比例1-3一样需要将套筒旋入旋出。

第二连接套筒(7-2)的外表面呈台阶状，第一连接套筒的内表面呈台阶状。台阶的设计，便于确定螺纹连接组件(7)的部件之间的安装。

耗能棒构件的安装步骤如下：第一，将第四连接套筒(7-4)穿过第二纵筋(3-2)且进入通孔(6-3)中，将第三连接套筒(7-3)螺纹连接在第四连接套筒(7-4)的凸缘上，将第一连接套筒套(7-1)套在耗能棒构件(4)上，在耗能棒的端部螺纹连接第二连接套筒(7-2)；第二，将耗能棒构件(4)与第一螺纹连接组件连接；第三，将第一连接套筒(7-1)与第二连接套筒(7-2)与第三连接套筒(7-3)连接在一起。

在耗能棒构件(4)安装之前，在混凝土梁的竖向板(6-2)，以及企口的其他部位的表面粘贴一层弹性介质，在弹性介质上安装第一约束钢板(8-1)，第一约束钢板(8-1)包括底部板和两侧竖向板，在第一约束钢板(8-1)浇筑混凝土后，再将第二约束钢板(8-2)与第一约束钢板(8-1)连接，以便对耗能棒构件的防屈曲的混凝土进行约束。此设计类似于防屈曲支撑。

实施例一中的第一短梁(2-1)与第二混凝土梁(2-2)的截面大小形状相同且采用矩形，其截面高度为h，第一短梁的长度在0.5-0.7h之间，企口的长度在0.15h-0.3h之间。上述设计的目的在于限定梁端塑性铰的位置，以充分提高梁柱节点的延性。

实施例二：如图8所示，第一短梁的上下侧也设置企口；第一纵筋与耗能棒构件的连接方式与实施例一的相同。采用此种设计时，第一短梁的长度在0.7-1.2h之间，第一短梁以及第二混凝土梁的企口的总长度在0.15h-0.6h之间。

实施例三：实施例一的问题在于，企口内浇筑混凝土，由此导致耗能棒构件(4)不易变换。为了便于更换，企口内的混凝土采用预制，以便于耗能板构件(4)的更换。如图9所示，在企口的两侧与第二混凝土梁(2-2)固接的有挡块(2-4)；在第一约束钢板(8-1)的底板上固接有螺杆(8-3)，在企口内的耗能棒构件(4)的外面设置有混凝土约束板，第二约束钢板(8-2)设置在混凝土约束板的外侧，将混凝土约束板以及第二约束钢板(8-2)设置有与螺杆(8-3)相对应的孔；在安装时，耗能棒构件安装完成后，将混凝土约束板的孔对应于螺杆，放置于企口中，螺杆(8-3)穿过第二约束钢板(8-2)的表面，然后用螺母旋紧。

以上已详细描述了本方面的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书的保护范围中。