一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键的制作方法

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键。

背景技术：

在装配式混凝土框架结构中，预制梁、柱构件相交的部位称之为梁柱节点，也称为梁柱核心区域，是结构重要的受力部位。装配式建筑的抗震性能很大程度上取决于梁-柱节点的连接可靠性，为了达到抗震设防中的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求和“强节点、弱构件”的设计理念，要求在小震中能够有足够的承载能力，在大震中能有优良的变形性能，利用连接键的变形来耗散地震输入能，从而起到保护主体结构的作用。

随着装配式建筑的发展，干式连接技术符合未来装配式建筑工业化发展的趋势。目前干式连接种类繁多，在设计中虽然能够保证“强节点、弱构件”设计理念，但仍然存在以下两个不足之处：(1)目前研发的梁柱干式连接节点的变形耗能和承载能力难以兼顾，在大震中虽然能有较好的变形能力但承载能力不足或有足够的承载能力但变形能力不足，不能最大限度的耗散掉输入结构的地震能量；(2)设计时没有考虑震后修复的问题。在震后结构会产生不同程度的损伤，尤其是发生大震后，需要花费大量的费用去检测加固，如果在设计之初就把结构构件的更换问题考虑进去，就能够有效的降低震后修复加固的成本。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键，其具有延性好、承载力高和耗能能力强的同时，解决了节点震后损伤修复及更换问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键，包括端板、腹板及翼缘板，端板包括竖向平行设置的第一端板和第二端板；第一端板可拆卸固定在框架混凝土梁上，第二端板可拆卸固定在框架混凝土柱上；腹板竖直设置在第一端板和第二端板之间，腹板的左右两端分别与第一端板和第二端板垂直固定连接，腹板的中间部位设置有多边形孔；腹板的上下两端均设置有翼缘板，翼缘板水平设置，翼缘板的左右两端分别与第一端板和第二端板垂直固定连接。

进一步的，还包括若干个固定螺栓，端板上均匀设置有若干个螺栓孔，固定螺栓穿设在螺栓孔内，通过固定螺栓将端板与框架混凝土梁或框架混凝土柱固定连接在一起。

进一步的，还包括连接套管端板和若干个连接套管，连接套管端板设置在端板与框架混凝土梁或框架混凝土柱之间；若干个连接套管均匀设置在连接套管端板与框架混凝土梁或框架混凝土柱的接触面上，连接套管与端板上的螺栓孔位置相匹配；

连接套管的一端与连接套管端板垂直固定，且连接套管的中心孔贯通连接板连接套管端板的表面；连接套管的另一端伸入固定设置在框架混凝土梁或框架混凝土柱内；连接套管与连接套管端板连接端的中心孔设置有内螺纹；固定螺栓依次穿过端板和连接套管端板，并与连接套管采用螺纹连接。

进一步的，腹板上的多边形孔以腹板的竖向中轴线对称设置，多边形孔采用扁长多边形孔，扁长多边形孔的长轴方向水平设置；多边形孔的内角设置为倒圆角。

进一步的，扁长多边形孔采用四边形孔。

进一步的，多边形孔的个数为一个或多个，其中多个多边形孔从上到下均匀设置在腹板上。

进一步的，固定螺栓采用高强螺栓。

进一步的，连接套管采用高强度材料制作。

进一步的，腹板与第一端板和第二端板之间均采用焊接固定；腹板与翼缘板之间均采用焊接固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键，通过端板、腹板及翼缘板组合，提供了节点所需的承载力；通过采用在腹板中间部位设置多边形孔，通过削弱腹板的横截面积使结构中的塑性铰出现在耗能连接键处，实现了塑性铰位置的可控性，采用设置腹板与翼缘板用于能量耗散；在小震作用下，端板、翼缘板及腹板能够提供足够的承载力，以保证装配式框架梁柱主体结构的安全；在大震作用下，翼缘板带动腹板变形耗能，腹板中间部位的多边形孔率先进入屈服状态，消耗一部分能量；随后翼缘板中部逐渐进入屈服状态，再消耗一部分能量，最后整个耗能连接键全部处于屈服状态，使耗能连接键发挥出最大的变形耗能潜能；本发明能够实现阶梯耗能，使装配式框架梁柱结构构件所受地震能量减少，从而更大限度的保证主体结构的安全；端板与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间采用可拆卸固定连接，保证了耗能连接键及时更换和修复；本发明结构简单，施工方便，工程适用性强。

进一步的，端板与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间采用固定螺栓连接，固定螺栓与框架混凝土梁和框架混凝土柱之间摩擦，确保耗能连接键的可靠连接，同时，便于耗能连接键受损后及时更换，保证了快速恢复装配式框架结构的性能，确保结构正常工作，减少了装配式框架结构使用过程中的加固成本，避免了装配式框架结构的拆除重建。

进一步的，通过采用在腹板上设置左右对称的多边形孔，多边形孔采用扁长多边形孔有效削弱了腹板的横截面积，实现了塑性铰的位置的可控性；将多边形孔的内角设置为倒圆角，有效避免了多边形孔角部的应力集中，确保了腹板变形耗能的均匀性。

进一步的，多边形孔的采用一个或多个，满足了不同的变形耗能需求，同时节省了耗能连接键的材料用量，减轻了结构的自重。

进一步的，通过连接套管预埋设置在框架混凝土梁和框架混凝土柱内，为固定螺栓提供了可靠的锚固条件，提高了耗能连接键的承载力。

进一步的，通过在腹板中心设置多边形孔，削弱了腹板横截面面积，节点的使塑性铰出现在耗能连接键处，从而实现塑性铰位置的可控性。

附图说明

图1为本发明所述的可更换装配式框架梁柱耗能连接键的立体结构示意图；

图2为本发明所述的可更换装配式框架梁柱耗能连接键的正面结构示意图；

图3为本发明所述的可更换装配式框架梁柱耗能连接键的横向截面示意图；

图4为本发明所述的可更换装配式框架梁柱耗能连接键的组装过程示意图。

其中，1端板，2腹板，3翼缘板，4连接套管端板，5固定螺栓，6连接套管，7框架混凝土梁，8框架混凝土柱；11第一端板，12第二端板；31第一翼缘板，22第二翼缘板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如附图1-3所示，本发明提供了一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键，包括端板1、腹板2、翼缘板3、连接套管端板4、若干个固定螺栓孔5及若干个连接套管6。

端板1包括竖向平行设置的第一端板11和第二端板12，第一端板11可拆卸固定在框架混凝土梁7上，第二端板12可拆卸固定在框架混凝土柱8上；腹板2竖直设置在第一端板11和第二端板12之间，腹板2的左右两端分别与第一端板11和第二端板12之间垂直焊接固定；腹板2的上下两端均设置有翼缘板3，翼缘板3水平设置，翼缘板3的表面与腹板2之间垂直焊接固定，翼缘板3的两端分别与第一端板11和第二端板12垂直焊接固定。

腹板2的中心部位开设有多边形孔，实现了削弱腹板2中心截面处的承载力，确保耗能连接键的变形转移并集中的耗能键处，避免了耗能节点的脆性破坏。

端板1上均匀设置有若干个螺栓孔，固定螺栓5穿设在螺栓孔内，通过固定螺栓5将端板1与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8固定连接。

端板1与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8之间设置连接套管端板4，连接套管端板4与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的接触面上均匀设置有若干个连接套管6，连接套管6与端板1上的螺栓孔位置相匹配；连接套管6的一端与连接套管端板4垂直焊接固定，且连接套管6的中心孔贯通连接套管端板4的表面；连接套管6的另一端伸入固定设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8内；连接套管6与连接套管端板4连接端的中心孔设置有内螺纹；固定螺栓5依次穿过端板1和连接套管端板4，并与连接套管6采用螺纹连接；将连接套管6的一端预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8内，另一端与连接套管端板4焊接固定，为固定螺栓5与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8安装提供了可靠的锚固。

实施例

本发明提供了一种预制装配式框架结构梁柱耗能连接键，所述耗能连接键为纯钢结构；端板1包括两端平行设置在第一端板11和第二端板12，端板1采用q345钢材制作；腹板2竖直设置在第一端板11和第二端板12之间，腹板2采用q345钢材制作，腹板2的两端分别与第一端板11和第二端板12垂直焊接固定；翼缘板3水平设置在腹板2的上下两端，翼缘板3与端板1及腹板2之间均采用焊接固定；通过端板1、腹板2及翼缘板组合构成耗能连接键，为框架梁柱提供了足够的承载力，保证了结构的安全；在小震作用下，端板、翼缘板及腹板能够提供足够的承载力，以保证装配式框架梁柱主体结构的安全。

腹板2的中间部位设置多边形孔，多边形孔以腹板2的竖向中轴线对称设置，多边形孔采用扁长多边形孔，扁长多边形孔的长轴水平方向设置；多边形孔的个数为一个或多个，其中多个多边形孔由上到下均匀设置在腹板2上；通过采用设置多边形孔，削弱了腹板2横截面面积，使塑性铰出现在耗能连接键处，从而实现塑性铰位置的可控性；多边形孔的内角均设置为倒圆角，有效避免了多边形孔角部的应力集中，确保了腹板变形的均匀性；优选的，多边形孔为扁长型四边形孔。

端板1上均匀设置有若干个螺栓孔，螺栓孔沿端板1的长度方向均匀布设，且对称设置在腹板2的两侧。固定螺栓5采用高强螺栓，固定螺栓5依次贯穿端板1和连接套管端板4，并与连接套管6固定连接；通过固定螺栓5实现了端板1与框架混凝土梁7或框架梁9的稳定可靠连接，避免了端板1的转动；同时，通过固定螺栓5实现了耗能连接键与框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的可拆卸连接，方便了耗能连接键及时更换或修复。当装配式框架结构遇到大震或其他突发荷载时，装配式框架结构在耗能连接键处的破坏或变形最为严重，在对结构修复时，只需将固定螺栓5拆下，就可直接取下耗能连接键进行更换，从而可以快速恢复装配式框架结构性能，实现结构正常工作。

连接套管6采用高强钢材料制作，连接套管6的一端与连接套管端板4垂直焊接固定，另一端预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8中，连接套管6的长度满足连接套管的锚固长度要求；通过连接套管端板4及连接套管6为固定螺栓5提供了可靠的锚固，确保力的可靠传递。

装配过程

如附图4所示，本发明所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键的装配过程，包括以下步骤：

步骤1、首先，将设置有内螺纹连接套管6与连接套管端板4焊接固定；然后，将连接套管6和连接套管端板4的组合件预埋设置在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8浇筑模板的端部；封堵连接套管6的端部，避免混凝土堵塞连接套管6的中心孔；

步骤2、在框架混凝土梁7或框架混凝土柱8的浇筑模板内浇筑混凝土，预制成型框架混凝土梁7和框架混凝土柱8，并完成连接套管6和连接套管端板4的预埋锚固；

步骤3、在腹板2的上下两端分别焊接固定翼缘板3，并第一端板11和第二端板12焊接固定在腹板2和翼缘板3的左右两端，得到耗能连接键；

步骤4、将耗能连接键吊装在框架混凝土梁7和框架混凝土柱8的节点区，采用固定螺栓5将耗能键固定连接在设置有连接套管6和连接套管端板4的框架混凝土梁7及框架混凝土柱8上，并拧紧固定螺栓5；连接套管6与混凝土之间的摩擦力，实现了连接套管6与框架混凝土梁7和框架混凝土柱8之间的有效连接，从而使耗能连接键与框架混凝土梁7和框架混凝土柱8形成整体。

工作原理

本发明一种可更换装配式框架梁柱耗能连接键，通过腹板将翼缘板与第一端板和第二端板可靠连接，确保了耗能连接键较高的承载力；通过在腹板上设置多边形孔，在地震荷载作用下，应力主要分布在腹板多边形开孔的两侧，随着应力的逐渐增大，多边形孔处腹板率先进入屈服状态，消耗一部分能量；并继续进行耗能变形，当腹板充分进入屈服状态后，应力逐渐向翼缘板的中部转移，随后翼缘板进入屈服状态，消耗一部分能量；最终耗能连接键的整个横截面都处于屈服状态，使耗能连接键充分表现出优越的耗能能力；本发明中通过在腹板中间设置多个多边形孔，有利于各个多边形孔之间的腹板都能均匀且充分的产生变形，提高了耗能连接键的变形能力，提高了耗能连接键的耗能效果。

本发明所述的一种装配式框架结构梁柱耗能连接键，在小震过程中，能够提供足够的承载力以保证主体结构的安全；在大震过程中，能够充分发挥其延性进行变形耗能，使重要结构构件所受地震能量减少从而更大限度的保证主体结构的安全；该耗能连接键通过高强螺栓连接固定在框架混凝土梁7和框架混凝土柱8上，当发生大震时，该耗能连接键先于框架混凝土梁7或框架混凝土柱8发生耗能屈服，确保了装配式框架结构的整体稳定性。

在装配式框架结构受到地震影响后，通过拆卸固定螺栓，即可实现对该耗能连接键的更换，实现了快速恢复装配式框架结构的性能，保证装配式框架结构的正常工作，减少了后气加固的成本或避免装配式框架结构拆除重建，本发明所述的耗能连接键施工简便，造价低廉、工程实用性强。

以上所述仅表示本发明的优选实施方式，任何人在不脱离本发明的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本发明的保护范围内。