一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点

1.本发明涉及土木建筑结构技术领域，具体而言是一种梁柱节点，尤其涉及一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点。


背景技术：

2.梁柱节点作为钢结构及预制混凝土结构的主要组成部分，其是结构弯矩、剪力和轴力的主要承载部件。已有震害表明，地震作用下梁柱节点极易受损，进而破坏失效甚至引起整个结构的破坏甚至倒塌。
3.传统的抗震设计方法导致节点在强震后产生严重损伤并伴随有较大的残余变形，最终导致结构难以修复影响其正常使用功能。近年来，具有自复位、高耗能性能的梁柱节点已成国际研究热点。现有研究主要基于预应力筋和形状记忆合金的自复位性能为节点提供恢复力，预应力筋张拉工序复杂、延性性能较差往往需跨内通长张拉，否则难以满足其使用性能；而形状记忆合金材料费用较高且具有较强的温度敏感性难以进行广泛推广。


技术实现要素：

4.根据上述技术问题，本发明提出了一种采用组合碟簧进行复位，并通过摩擦挤压和防屈曲钢板拉压变形进行屈服耗能的新型钢梁柱节点，其即可应用于钢结构也可将其端板焊接于混凝土预制件内的纵筋之上，进而制作成预制混凝土梁柱节点。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点，包括梁、柱和连接所述梁和所述柱的复位、挤压摩擦耗能组合系统；
7.所述复位、挤压摩擦耗能组合系统包括两个外挤压摩擦板和一个内挤压摩擦板，所述内挤压摩擦板的内端夹在两个所述外挤压摩擦板的内端之间，销轴穿过所述外挤压摩擦板和所述内挤压摩擦板的内端，且所述销轴的端部与所述外挤压摩擦板之间设有套设在所述销轴上的多个组合碟簧；所述外挤压摩擦板的外端与所述柱固定连接，所述内挤压摩擦板的外端与所述梁固定连接；
8.所述外挤压摩擦板与所述内挤压摩擦板接触处具有摩擦复位结构，所述摩擦复位结构包括固定在所述外挤压摩擦板上的第一接触面和固定在所述内挤压摩擦板上的第二接触面，所述第一接触面和所述第二接触面均为多个斜面组成的凹凸不平的接触面，且所述第一接触面和所述第二接触面互补。
9.梁受到荷载后内挤压摩擦板围绕所述销轴转动，此时第一接触面和第二接触面因为为凹凸不平的斜面构成，能够增加摩擦阻力，增加耗能能效，且因为第一接触面和第二接触面的结构实现了内挤压摩擦板在转动的过程中，第一接触面和第二接触面由初始的无缝连接状态变为了有缝状态，第一接触面和第二接触面沿销轴方向发生轴向位移，此时会压缩组合碟簧，组合碟簧压力的增加进一步提高了摩擦耗能，在卸载后，在组合碟簧和第一接触面和第二接触面本身结构的特性下，内挤压摩擦板实现复位。内挤压摩擦板的转动角度
不能超过一个斜面的范围，不然容易造成越过此范围后第一接触面和第二接触面重新变为无缝状态，而不能复位。
10.一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点还包括对称设置在所述复位、挤压摩擦耗能组合系统顶部和底部的防屈曲耗能系统，所述防屈服耗能系统包括两个防屈曲约束板和一个耗能钢板，所述耗能钢板的两端分别与所述梁和所述柱固定连接，且两个所述防屈服约束板将所述耗能钢板夹在中间，两个所述防屈服约束钢板通过夹紧螺栓结合为一体，且所述夹紧螺栓不与所述耗能钢板接触，所述耗能钢板的长度长于所述防屈服约束板的长度。耗能钢板产生拉伸或压缩变形进行屈服耗能，与此同时一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点在受到竖直方向荷载时，因为所述复位、挤压摩擦耗能组合系统的存在，耗能钢板只会发生很小范围内的小尺寸弯曲，同时卸载后在复位、挤压摩擦耗能组合系统的复位功能下重新变平直。
11.所述耗能钢板的侧壁具有供所述夹紧螺栓穿过的缺口，且所述耗能钢板的中心具有呈菱形的通孔。
12.所述外挤压摩擦板的外端具有外挤压板端板，所述外挤压板端板上设有多个长条形通孔，固定螺栓通过所述长条形通孔与所述柱固定连接。
13.所述柱包括柱工字型钢和固定在所述柱工作型钢上的多个加劲板。
14.所述梁包括梁工字型钢，所述梁工字型钢靠近所述柱的一端具有梁端连接板，所述内挤压摩擦板的外端具有内挤压板端板，所述内挤压板端板与所述梁端连接板固定连接。耗能钢板靠近梁的一端也与梁端连接板固定连接。
15.工作机理：首先，加载前通过销轴(销轴的两端具有轴肩凸起，对碟簧组进行位置限定)对组合碟簧施加初始预压力，初始预压力最小也要能够满足耗能钢板的复位；加载过程中，梁带动内挤压摩擦板绕销轴发生转动位移，进而通过其两侧的第二接触面挤压外挤压摩擦板沿销轴的轴线方向向外运动，进行挤压摩擦耗能，同时其外挤压板端板的长条形通孔内的螺栓可在其内自由滑动，此时螺栓仅承担来自梁端的剪力；上、下设置的防屈曲耗能系统内部的耗能钢板产生拉伸或压缩变形进行屈服耗能，承担来自梁端的大部分弯矩，同时通过其上下表面设置的防屈曲约束板使其免于屈曲。最后，卸载过程中，组合碟簧通过初始预压力、加载过程中对组合碟簧的压缩力以及第一接触面和第二接触面的结构特性，使耗能钢板和内挤压摩擦板进行复位，同时伴随挤压摩擦和耗能钢板的拉压屈服耗能，进而完成往复加载过程中的复位和耗能过程。
16.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
17.1、本发明具有双重耗能特性，即挤压摩擦耗能和低屈服点耗能钢板的拉伸压缩屈服耗能，同时具有复位功能，在卸载后能够自行复位；
18.2、可根据耗能、复位需求设置内外挤压摩擦板的斜面的倾斜角度。
19.3、震后节点挤压耗能复位系统无需更换，只需更换防屈曲耗能系统即可，该更换过程不影响主体结构的正常使用功能。
20.基于上述理由本发明可在梁柱节点等领域广泛推广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明具体实施方式中一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点结构示意图。
23.图2为本发明具体实施方式中柱结构示意图。
24.图3为本发明具体实施方式中内挤压摩擦板结构示意图。
25.图4为本发明具体实施方式中外挤压摩擦板结构示意图。
26.图5为本发明具体实施方式中防屈曲耗能系统结构示意图。
27.图6为本发明具体实施方式中耗能钢板结构示意图。
28.图中：
29.1、柱；101、加劲板；102、翼缘螺栓孔；103、柱工字型钢；
30.2、梁；201、梁端连接板；202、梁工字型钢；
31.3、防屈服耗能系统；301、防屈服约束板；302、耗能钢板；303、通孔；
32.4、复位、挤压摩擦耗能组合系统；401、内挤压摩擦板；402、内挤压板端板；403、内挤压板轴孔；404、组合碟簧；405、销轴；406、外挤压摩擦板；407、长条形通孔；408、外挤压板轴孔；409、外挤压板端板。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
38.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
39.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
40.如图1～6所示，一种具有可更换耗能装置的自复位梁柱节点，包括梁2、柱1、连接所述梁2和所述柱1的复位、挤压摩擦耗能组合系统4、对称设置在所述复位、挤压摩擦耗能组合系统4顶部和底部的防屈曲耗能系统3；
41.如图1所示，梁2包括梁工字型钢202，所述梁工字型钢202靠近所述柱1的一端具有梁端连接板201；
42.如图2所示，柱1包括柱工字型钢103和固定在所述柱工作型钢103上的多个加劲板101，以及设置在柱工作型钢103侧壁上的翼缘螺栓孔102。
43.如图1所示，所述复位、挤压摩擦耗能组合系统4包括两个外挤压摩擦板406和一个内挤压摩擦板401；所述内挤压摩擦板401的内端夹在两个所述外挤压摩擦板406的内端之间；
44.如图3所示，所述内挤压摩擦板401包括设置在外端的内挤压板端板402、设置在内端的内挤压板轴孔403，所述内挤压板端板402与所述梁端连接板201通过螺栓固定连接；内挤压摩擦板401的内端的两侧表面分别具有第二接触面，所述第二接触面由多个斜面所形成的凹凸不平的接触面；
45.如图所示，所述外挤压摩擦板406包括设置在外端的外挤压板端板409、设在外挤压板端板上的多个长条形通孔407、设置在内端的外挤压板轴孔408，固定螺栓通过所述长条形通孔407、翼缘螺栓孔102与所述柱工字型钢103固定连接。所述外挤压摩擦板406的内端靠近所述第二接触面的一侧具有与所述第二接触面互补的第一接触面，第一接触面和第二接触面在接触的初始状态下为无缝状态；
46.销轴405穿过所述内挤压板轴孔403和外挤压板轴孔408，将两个所述外挤压摩擦板406和一个内挤压摩擦板401结合为一体，且销轴405的两端具有轴肩凸起，轴肩凸起与外挤压摩擦板406之间具有套设在所述销轴405上的组合碟簧404；
47.如图5所示，所述防屈服耗能系统3包括两个防屈曲约束板301和一个耗能钢板
302，所述耗能钢板302的两端分别与所述柱工字型钢103侧壁和所述梁端连接板201固定连接，可以采用焊接的方式，也可以采用增加连接平面用螺栓连接的方式，两个所述防屈服约束板301将所述耗能钢板302夹在中间，两个所述防屈服约束钢板301通过夹紧螺栓结合为一体，且所述夹紧螺栓不与所述耗能钢板302接触，所述耗能钢板302的长度长于所述防屈服约束板301的长度。
48.如图6所示，所述耗能钢板302的侧壁具有供所述夹紧螺栓穿过的缺口，且所述耗能钢板302的中心具有呈菱形的通孔303。
49.工作机理：首先，加载前通过销轴405对组合碟簧404施加初始预压力，初始预压力最小也要能够满足耗能钢板302的复位；加载过程中，梁2带动内挤压摩擦板401绕销轴405发生转动位移，进而通过其两侧的第二接触面挤压外挤压摩擦板406沿销轴405的轴线方向向外运动，进行挤压摩擦耗能，同时其外挤压板端板409的长条形通孔407内的螺栓可在其内自由滑动，此时螺栓仅承担来自梁2端的剪力；上、下设置的防屈曲耗能系统3内部的耗能钢板302产生拉伸或压缩变形进行屈服耗能，承担来自梁端的大部分弯矩，同时通过其上下表面设置的防屈曲约束板301使其免于屈曲。最后，卸载过程中，组合碟簧404通过初始预压力、加载过程中对组合碟簧404的压缩力以及第一接触面和第二接触面的结构特性，使耗能钢板302和内挤压摩擦板401进行复位，同时伴随挤压摩擦和耗能钢板302的拉压屈服耗能，进而完成往复加载过程中的复位和耗能过程。
50.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。