一种多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点

本发明涉及装配式结构节点连接技术，主要用于装配式框架结构梁柱节点。

背景技术：

1、装配式混凝土结构的构件连接性能是保证结构在地震作用下安全可靠的关键。根据构件连接是否后浇混凝土，可将结构分为装配整体式混凝土结构和全装配式混凝土结构。其中装配整体式混凝土框架结构由于在梁柱节点连接处后浇混凝土，在地震时通常会在连接处形成塑性铰，导致梁端出现破坏，且在震后难以修复。全装配式混凝土框架结构各构件间均采用螺栓连接等干式连接方式，施工简便快捷，而且通过在连接处安装耗能和自复位的可更换部件，在地震时可将结构的塑性变形和耗能集中在连接处，同时保持梁、柱等主要构件均处于弹性状态，震后通过更换连接处的受损可更换部件即可快速恢复结构功能，从而实现可恢复功能的装配式混凝土框架结构。

2、可恢复功能装配式混凝土梁柱节点的集中耗能和自复位功能分别由附加在连接处的可更换耗能部件和自复位装置承担。可更换耗能部件包括金属屈服型装置和摩擦装置等，其中金属屈服型装置进入耗能相对滞后且震后残余变形较大难以复位；而摩擦装置受预紧力影响较大，结构设计性能目标单一。自复位装置通常采用预应力筋、钢绞线和sma丝束等，预应力筋和钢绞线需要施加预应力，施工繁琐；而sma丝束亦需要施加预应力，且锚固困难。同时，现有的可恢复功能装配式混凝土梁柱节点在不同强度地震作用下难以自适应达到相应的性能要求。因此，设计出构造简单和满足不同性能要求的可恢复功能装配式混凝土梁柱节点仍亟待解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，通过采用sma板材和变摩擦板，有效降低了节点的震后残余变形，增强了节点的耗能能力，可实现结构在不同地震危险等级下的抗震性能目标，且极大的降低了施工难度，提高了施工效率。

2、本发明是一种多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，包括预制柱1、预制梁2、柱耳板7、梁耳板8、销轴14、l形摩擦板16和梭形滑块17，在所述预制柱1的节点核心区内预埋第一工字钢3，第一工字钢3两端焊接柱端板5，柱端板5与柱耳板7焊接相连，在所述预制梁2端部预埋第二工字钢4，第二工字钢4的端部焊接梁端板6，梁端板6与两个梁耳板8通过焊接固连；

3、在所述两个梁耳板8外侧设置两个约束耳板9，在梁耳板8的第一限位块8-1之间和约束耳板9的第二限位块9-1之间分别安装扇形摩擦片10，同时在梁耳板8的第一卡槽8-2与约束耳板9的第二卡槽9-2之间安装i形sma板11，所述约束耳板9的矩形端与柱端板5不相连，而是通过栓接在柱端板5上下两侧的带肋角钢15限制转动；

4、在所述两个约束耳板9外侧安装两组第一蝶形弹簧组12，所述柱耳板7、两个梁耳板8、两个约束耳板9和两组第一蝶形弹簧组12通过销轴14和垫板13铰接连接，所述第一蝶形弹簧组12为铰接连接施加预紧力；

5、所述铰接连接上下两侧分别设置两个反向组合的l形摩擦板16与柱端板5和梁端板6分别通过螺栓固接，所述两个l形摩擦板16之间安装梭形滑块17并采用长螺栓18进行连接，同时通过第二碟形弹簧组19施加预紧力。

6、本发明的有益之处是：（1）装配简单，受力可靠。本发明的各部件之间采用螺栓或焊接连接，现场装配均为干作业施工，工序简单，施工速度快。连接处传力路径明确，梁端剪力由梁、柱耳板承担，梁端弯矩由摩擦片和l形摩擦板传递，节点受力可靠。

7、 （2）变形和耗能集中，塑性损伤可控。本发明节点是一种半刚性节点，通过合理设计可将结构的变形集中在节点连接处，从而形成梁端塑性铰，同时连接处的摩擦装置在相对位移下可以实现集中耗散能量。相应地，结构的塑性损伤也被集中在此处，有效保护了梁、柱等主要构件。

8、 （3）满足不同地震危险等级下的抗震性能目标。在小震作用下，通过设计施加在碟簧上的预紧力可使结构处于弹性阶段；在中震作用下，扇形摩擦片和l形摩擦板平直段开始起滑并耗散能量；在大震和巨震作用下，l形摩擦板斜直段与梭形滑块梯形段接触，扇形摩擦片相对转动亦逐渐增大，在持续变形过程中第一和第二碟形弹簧组压力均逐渐增加，在耗能的同时能够承担更大的荷载作用。

9、 （4）震后无残余变形，可实现自复位。本发明采用变厚度摩擦片和设置斜直段的l形摩擦板，当在外荷载作用下产生较大的相对位移时，第一和第二碟形弹簧组产生的压缩量及i形sma板产生的恢复力会促使变厚度摩擦片和l形摩擦板迅速恢复到平衡位置。

10、 （5）损伤构件可更换，快速恢复结构功能。本发明将结构的塑性损伤集中在节点连接处，由于各连接部件之间均采用螺栓或销轴连接，当连接部件在地震后发生较大损伤时容易拆卸更换，同时在更换后结构能恢复到设计的抗震性能水平，且能快速恢复结构功能。

技术特征：

1.一种多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，包括预制柱（1）、预制梁（2）、柱耳板（7）、梁耳板（8）、销轴（14）、l形摩擦板（16）和梭形滑块（17），其特征在于：在所述预制柱（1）的节点核心区内预埋第一工字钢（3），第一工字钢（3）两端焊接柱端板（5），柱端板（5）与柱耳板（7）焊接相连，在所述预制梁（2）端部预埋第二工字钢（4），第二工字钢（4）的端部焊接梁端板（6），梁端板（6）与两个梁耳板（8）通过焊接固连；

2.根据权利要求1所述的多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，其特征在于：第一限位块（8-1）第二限位块（9-1）的高度均低于扇形摩擦片（10）的最小厚度；第一卡槽（8-2）和第二卡槽（9-2）的高度与i形sma板（11）高度相同，且均高出相应的梁耳板（8）和约束耳板（9）的侧面。

3.根据权利要求1所述的多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，其特征在于：约束耳板（9）的矩形端与柱端板（5）不相连，而是通过栓接在柱端板（5）上下两侧的带肋角钢（15）限制转动；所述带肋角钢（15）在垂直约束耳板（9）侧面方向的宽度应明显大于约束耳板（9）的厚度。

4.根据权利要求1所述的多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，其特征在于：所述扇形摩擦片（10）为变厚度扇形板，包括薄侧（10-1）和厚侧（10-2），相接触的两块扇形摩擦片（10）中的一块扇形摩擦片薄侧（10-1）对应另一块扇形摩擦片的厚侧（10-2），保持总厚度均匀相等；围绕圆心布置的扇形摩擦片（10）的相邻侧同为薄侧（10-1）或厚侧（10-2）；扇形摩擦片（10）与第一卡槽（8-2）之间的转动间距应大于在极限性能目标下的转动间距。

5.根据权利要求1所述的多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，其特征在于：所述i形sma板（11）包括固定端（11-1）和中间段（11-2），且在凹角处采用圆形倒角设计；所述第一卡槽（8-2）和第二卡槽（9-2）开口处采用圆形倒角设计，并且与i形sma板（11）凹角之间预留一定空间；所述i形sma板（11）分别与扇形摩擦片（10）、第一限位块（8-1）、第二限位块（9-1）之间的转动间距应大于在极限性能目标下的转动间距。

6.根据权利要求1所述的多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，其特征在于：所述l形摩擦板（16）的两个边侧开设长圆孔（16-1），并在板中部开设梯形凹槽，包括平直段（16-2）、斜直段（16-3）和限位段（16-4）；所述梭形滑块（17）包括矩形段（17-1）和梯形段（17-2）；所述l形摩擦板的两个斜直段（16-3）与梭形滑块的两个梯形段（17-2）斜面之间留设缝隙；梭形滑块（17）两个端部分别与l形摩擦板两侧限位段（16-4）的间距及l形摩擦板连接板（16-5）与另一l形摩擦板端部的间距应大于在极限性能目标下的滑动间距。

技术总结
一种多级变摩擦耗能的自复位装配式梁柱节点，预制柱（1）和预制梁（2）通过柱耳板（7）、梁耳板（8）、销轴（14）铰接连接，梁耳板（8）外侧设置约束耳板（9），并在二者中间安装能变摩擦耗能和自复位的变厚度扇形摩擦片（10）和I形SMA板（11）；铰接连接上下两侧各安装两个L形摩擦板（16）分别与柱端板（5）和梁端板（6）相连，两个L形摩擦板（16）之间设置梭形滑块（17）。各部件之间均采用干式连接，遭受地震作用时，可将结构的变形和耗能集中在连接处，能够满足结构在不同地震危险等级下的抗震性能目标；在震后，结构无残余变形可实现自复位，并通过更换连接处的受损部件可以快速恢复结构功能。

技术研发人员：李芳玉,杜永峰,李万润,池佩红,李虎,魏立龙,刘泽众
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5