基于SMA刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构的制作方法

基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构
技术领域
1.本发明提供了一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，属于预应力装配式混凝土框架技术领域。


背景技术：

2.钢筋混凝土框架结构为当今建筑工程领域中应用最广的一种结构形式，其主要由梁、柱以及梁柱连接处组合而成，预应力装配整体式框架结构为钢筋混凝土框架结构中的一种，并因为其独特的优势迅速得到了推广，该类结构可机械化流水式生产，能显著提高结构承载力，极大的降低了模板和支撑的使用，节省了周转材料；制作完成后能直接在施工现场直接进行吊装，极大的节省了工期；现场湿作业较少，有利于环境保护；震损后易于修复。
3.发生地震作用时，结构的弹塑性变形通常发生在框架节点上，致使节点刚度迅速退化，发生变形，导致其他结构发生破坏，当变形较大时，梁端塑性铰区混凝土甚至会大面积压碎，致使其丧失承载力，梁端纵向受力钢筋丧失其承载力，结构可能断裂，从而发生安全事件。
4.为了提高建筑的安全性，建筑工程中从各种角度进行优化设计以达到提高其性能的作用，而预制装配整体式框架的核心技术在于其连接节点的构造处理，所以对于梁柱连接处的处理种类繁多，例如：框架内加套筒以提高其刚度；通过在节点区附加钢筋或者钢构件式结构形成一个整体以提高其刚度；或者将钢绞线避开柱筋和梁筋直接锚入梁柱连接处区，并在节点区附加螺栓锚头短钢筋并现浇节点区的节点构造方式。但是上述对于连接节点的处理方案均存在不同程度的承载力低导致节点变形大的问题。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有预制装配式框架节点承载力低导致节点变形大的问题，提出了一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，包括混凝土预制梁、混凝土预制柱、阻尼器，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱以十字型进行拼接固定，其中十字型的四个角上分别预留有阻尼器的安装位置，组装时通过四个阻尼器将混凝土预制梁和混凝土预制柱固定在一起，其中阻尼器与混凝土预制梁和混凝土预制柱的连接处分别设置有橡胶垫片，并采用高延性短纤维浆料进行填缝；所述阻尼器包括形状记忆合金板、金属橡胶和高密度泡沫铝，所述形状记忆合金板通过高强通长螺栓穿过预留孔与混凝土预制梁、混凝土预制柱连接固定，形状记忆合金板下铺设一层橡胶垫片，在形状记忆合金板与混凝土预制梁、混凝土预制柱的节点之间填充金属橡胶和高密度泡沫铝，其中高密度泡沫铝位于金属橡胶两侧。
7.所述混凝土预制梁的张拉端和锚固端预埋锚垫板、喇叭管及外套螺旋筋，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱中预留有无粘结预应力钢绞线孔道，并穿入一
定长度的金属波纹管，在布置高强通长螺栓的混凝土预制梁、混凝土预制柱构件的相应位置预留有安装螺栓的孔洞，并插入同孔洞尺寸的定位管。
8.所述混凝土预制梁内部的无粘结预应力钢绞线与各部件间的连接采用密封装置或采取封闭措施，使无粘结预应力锚固系统处于全封闭保护状态。
9.所述混凝土预制梁和混凝土预制柱均为钢筋混凝土构件，其配筋均按照相关装配式的结构设计规范进行设计。
10.在混凝土预制梁内距离梁端200mm-350mm范围内设置有加密箍筋。
11.所述预应力装配式混凝土框架节点结构的组装过程如下：将混凝土预制梁和混凝土预制柱以十字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入无粘结预应力钢绞线；在混凝土预制梁截面上下部分穿入普通钢筋使之贯穿混凝土预制柱，并在梁柱连接处放置高强度的橡胶垫片，并采用高延性短纤维浆料填缝，待高延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋锚固于混凝土预制柱预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线并进行锚固，使混凝土预制梁和混凝土预制柱形成一个整体；在形状记忆合金板与梁柱连接处铺设一层橡胶垫片，用高强通长螺栓穿过阻尼器、橡胶垫片、混凝土预制梁、混凝土预制柱的预留孔分别与混凝土预制梁、混凝土预制柱进行固定，在形状记忆合金板与梁柱连接节点中部填充金属橡胶，最后在金属橡胶两侧填充高密度泡沫铝。
12.所述阻尼器的形状记忆合金板为圆弧状刀片板，其两端分别预留两排螺栓孔，通过高强通长螺栓与混凝土预制梁和混凝土预制柱进行固定。
13.本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明采用的sma刀片式阻尼器，可在不影响结构使用功能的前提下，提高装配式混凝土框架结构的抗震性能，地震来临时，高密度泡沫铝首先发生破坏，形状记忆合金板可将地震作用发生时产生的地震能转化为弹性势能并传递给金属橡胶，从而达到耗能的作用，进而达到减震的目的。提高了结构的安全性能，同时由于形状记忆合金为高弹性材料，其发生变形后易于恢复原状，从而提高结构的使用寿命。该阻尼器具有以下特点。
14.1.该结构简单，易于施工，便于安装，梁截面上下部分穿入普通钢筋使之贯穿预制柱，属于直接传力，无粘结预应力钢绞线张拉属于间接传力，无粘结预应力钢绞线能够提供较强的恢复力，使得该连接在地震作用下残余变形较小，同时普通钢筋又增强了耗能能力，提高了结构的抗震性能。
15.2.阻尼器通过高强通长螺栓与混凝土预制柱和混凝土预制梁连接，提高了该结构在地震作用下的耗能作用，同时，它还加强了结构的整体刚度。
16.3.发生地震作用时，由于阻尼器采用高弹性的形状记忆合金和金属橡胶，使得结构在发生形变时趋于恢复原状，一段时间后能恢复原状，属于可恢复性结构，能够反复使用，不仅提高了抗震性能，还降低了后期的修复成本。
附图说明
17.下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为本发明基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点的结构示意
图；图2为本发明阻尼器的结构示意图；图3为本发明阻尼器的填充材料的结构示意图；图中：1为混凝土预制柱、2为混凝土预制梁、3为普通钢筋、4为无粘结预应力钢绞线、5为阻尼器、6为高强通长螺栓、7为形状记忆合金板、8为橡胶垫片、9为金属橡胶、10为高密度泡沫铝。
具体实施方式
18.如图1至图3所示，本发明的目的是提供一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，结构采用干式装配，提高节点承载力，减少地震作用发生时节点的变形，防止梁端塑性铰区混凝土由于结构变形过大而导致的压碎，从而起到保护结构的作用。
19.本发明提出的基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点，其由混凝土预制柱1、混凝土预制梁2、阻尼器5组成。其中混凝土预制柱1的两侧各有4个阻尼器5与混凝土预制梁2进行连接，混凝土预制梁2和混凝土预制柱1的连接处放置有高强度的橡胶垫片8，并采用高延性短纤维浆料填缝。
20.本发明提出的阻尼器5包括形状记忆合金板7、金属橡胶9和高密度泡沫铝10，其中形状记忆合金板7通过高强通长螺栓6穿过预留孔与混凝土预制梁2、混凝土预制柱1进行连接固定，形状记忆合金板7下铺设一层橡胶垫片8，在形状记忆合金板7与梁柱连接处之间填充金属橡胶9和高密度泡沫铝10，其中高密度泡沫铝10位于金属橡胶9两侧。阻尼器5位于混凝土预制梁2的预留位置处。
21.上述混凝土预制梁2和混凝土预制柱1均为钢筋混凝土构件，其配筋均按照相关装配式的结构设计规范进行设计。
22.制作过程中，混凝土预制梁2的张拉端和锚固端预埋锚垫板、喇叭管及外套螺旋筋，以防止无粘结预应力钢绞线4锚固端局部承压破坏；无粘结预应力钢绞线4与锚具部件的连接及其他部件间的连接，应采用密封装置或采取封闭措施，使无粘结预应力锚固系统处于全封闭保护状态；在布置安装高强通长螺栓6的混凝土预制梁2、混凝土预制柱1构件的相应位置插入同孔洞尺寸的定位管，预留安装螺栓的孔洞；在混凝土预制梁2和混凝土预制柱1中预留混凝土钢绞线孔道，并穿入一定长度的金属波纹管。
23.在施工时，将各构件分别运送到现场进行拼接组装，将混凝土预制梁2和混凝土预制柱1以“十”字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入无粘结预应力钢绞线4；在混凝土预制梁2截面上下部分穿入普通钢筋3使之贯穿混凝土预制柱1，并在梁柱连接处放置高强度的橡胶垫片8，并采用高延性短纤维浆料填缝，待高延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋3锚固于混凝土预制柱1预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线4并进行锚固，使混凝土预制梁2和混凝土预制柱1形成一个整体；在形状记忆合金板7与梁柱连接处铺设一层橡胶垫片8，用高强通长螺栓6穿过阻尼器5、橡胶垫片8、梁、柱预留孔与混凝土预制梁2和混凝土预制柱1分别进行固定，在形状记忆合金板7与梁柱连接节点中部填充金属橡胶9，最后在金属橡胶9两侧填充高密度泡沫铝10。
24.在混凝土预制梁2内距离梁端200mm-350mm范围内设置加密箍筋。
25.如图1-3所示，该阻尼器5的形状记忆合金板7为圆弧状刀片板，其两端分别预留两排螺栓孔，通过高强通长螺栓6与混凝土预制梁2和混凝土预制柱1进行固定，使之成为一个整体，形状记忆合金板7下面铺设高弹性的橡胶垫片8。高强通长螺栓6采用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢等高强钢材型号。
26.下面根据具体实施例对本发明进行进一步说明。
27.实例1将规格尺寸为10000mm
×
650mm
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1000mm的混凝土预制梁2和规格尺寸为1200mm
×
1200mm
×
6000mm的混凝土预制柱1运送到现场进行拼接组装，将混凝土预制梁2和混凝土预制柱1以“十”字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入规格为13-8ф5的无粘结预应力钢绞线4；在混凝土预制梁2截面上下部分按照标准配筋穿入ф24规格的普通钢筋3使之贯穿混凝土预制柱1，并在梁柱连接处放置高强弹性的橡胶垫片8，并采用8mm的延性短纤维浆料填缝，待延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋3锚固于混凝土预制柱1预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线4并进行锚固，使混凝土预制梁2和混凝土预制柱1形成一个整体；在距离混凝土预制梁2和混凝土预制柱1的160mm处用高强通长螺栓6固定外径为150mm、内径为120mm、宽度为60mm的ti-ni合金刀片型板，在ti-ni合金板下铺设一层橡胶垫片8和金属橡胶9。
28.在混凝土预制梁2内距离梁端300mm范围内设置加密箍筋。
29.高强通长螺栓6采用45号钢。
30.实例2将规格尺寸为6000mm
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450mm
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700mm的混凝土预制梁2和规格尺寸为800mm
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800mm
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6000mm的混凝土预制柱1运送到现场进行拼接组装，将混凝土预制梁2和混凝土预制柱1以“十”字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入规格为10-8ф5的无粘结预应力钢绞线4；在混凝土预制梁2截面上下部分按照标准配筋穿入ф20规格的普通钢筋3使之贯穿混凝土预制柱1，并在梁柱连接处放置高强弹性的橡胶垫片8，并采用6mm的延性短纤维浆料填缝，待延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋3锚固于混凝土预制柱1预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线4并进行锚固，使混凝土预制梁2和混凝土预制柱1形成一个整体；在距离混凝土预制梁2和混凝土预制柱1的110mm处用高强通长螺栓6固定外径为100mm、内径为80mm、宽度为40mm的au-cd合金刀片型板，在au-cd合金板下铺设一层橡胶垫片8和金属橡胶9。
31.在混凝土预制梁2内距离梁端250mm范围内设置加密箍筋。
32.高强通长螺栓6采用45号钢螺栓。
33.实例3将规格尺寸为6000mm
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2500mm
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400mm的混凝土预制梁2和规格尺寸为500mm
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500mm
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6000mm的混凝土预制柱1运送到现场进行拼接组装，将混凝土预制梁2和混凝土预制柱1以“十”字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入规格为9-7ф15的无粘结预应力钢绞线4；在混凝土预制梁2截面上下部分按照标准配筋穿入ф20规格的普通钢筋3使之贯穿预制柱，并在梁柱连接处放置高强弹性的橡胶垫片8，并采用5mm的延性短纤维浆料填缝，待延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋3锚固于混凝土预制柱1预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线4并进行锚固，使混凝土预制梁2和混凝土预制柱1形成一个
整体；在距离混凝土预制梁2和混凝土预制柱1的110mm处用高强通长螺栓6固定外径为100mm、内径为80mm、宽度为30mm的cu-zn-al合金刀片型板，在cu-zn-al合金板下铺设一层橡胶垫片8和金属橡胶9。
34.在混凝土预制梁2内距离梁端200mm范围内设置加密箍筋。
35.高强通长螺栓6采用45号钢螺栓。
36.本发明采用的sma刀片式阻尼器，可在不影响结构使用功能的前提下，提高装配式混凝土框架结构的抗震性能，可将地震作用发生时产生的地震能转化为弹性势能，再通过橡胶垫片传递给金属橡胶，从而达到耗能的作用，提高了结构的安全性能。采用普通钢筋的直接传力和无粘结预应力钢绞线的间接传力进行梁柱交汇处的传力，既增强了结构的耗能，又使得节点主体的变形减少，从而降低了节点损伤。通过高强通长螺栓与混凝土预制柱和混凝土预制梁连接，提高了该结构在地震作用下的耗能作用，同时，它还加强了结构的整体刚度。由于阻尼器采用高弹性材料，且形状记忆合金板下铺设有橡胶垫片和金属橡胶，使得结构在小震和中震后不用维修也能恢复原状，在大震后能通过更换泡沫混凝土块进行修复，提高了结构的使用寿命，节省了后期的维护费用。
37.关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
38.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。

技术特征：
1.一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：包括混凝土预制梁、混凝土预制柱、阻尼器，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱以十字型进行拼接固定，其中十字型的四个角上分别预留有阻尼器的安装位置，组装时通过四个阻尼器将混凝土预制梁和混凝土预制柱固定在一起，其中阻尼器与混凝土预制梁和混凝土预制柱的连接处分别设置有橡胶垫片，并采用高延性短纤维浆料进行填缝；所述阻尼器包括形状记忆合金板、金属橡胶和高密度泡沫铝，所述形状记忆合金板通过高强通长螺栓穿过预留孔与混凝土预制梁、混凝土预制柱连接固定，形状记忆合金板下铺设一层橡胶垫片，在形状记忆合金板与混凝土预制梁、混凝土预制柱的节点之间填充金属橡胶和高密度泡沫铝，其中高密度泡沫铝位于金属橡胶两侧。2.根据权利要求1所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：所述混凝土预制梁的张拉端和锚固端预埋锚垫板、喇叭管及外套螺旋筋，所述混凝土预制梁和混凝土预制柱中预留有无粘结预应力钢绞线孔道，并穿入一定长度的金属波纹管，在布置高强通长螺栓的混凝土预制梁、混凝土预制柱构件的相应位置预留有安装螺栓的孔洞，并插入同孔洞尺寸的定位管。3.根据权利要求2所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：所述混凝土预制梁内部的无粘结预应力钢绞线与各部件间的连接采用密封装置或采取封闭措施，使无粘结预应力锚固系统处于全封闭保护状态。4.根据权利要求3所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：所述混凝土预制梁和混凝土预制柱均为钢筋混凝土构件，其配筋均按照相关装配式的结构设计规范进行设计。5.根据权利要求4所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：在混凝土预制梁内距离梁端200mm-350mm范围内设置有加密箍筋。6.根据权利要求5所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：所述预应力装配式混凝土框架节点结构的组装过程如下：将混凝土预制梁和混凝土预制柱以十字型进行拼接固定；在金属波纹管预留孔道中穿入无粘结预应力钢绞线；在混凝土预制梁截面上下部分穿入普通钢筋使之贯穿混凝土预制柱，并在梁柱连接处放置高强度的橡胶垫片，并采用高延性短纤维浆料填缝，待高延性短纤维浆料达到设计值时将普通钢筋锚固于混凝土预制柱预留的孔道内，同时张拉无粘结预应力钢绞线并进行锚固，使混凝土预制梁和混凝土预制柱形成一个整体；在形状记忆合金板与梁柱连接处铺设一层橡胶垫片，用高强通长螺栓穿过阻尼器、橡胶垫片、混凝土预制梁、混凝土预制柱的预留孔分别与混凝土预制梁、混凝土预制柱进行固定，在形状记忆合金板与梁柱连接节点中部填充金属橡胶，最后在金属橡胶两侧填充高密度泡沫铝。7.根据权利要求6所述的一种基于sma刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，其特征在于：所述阻尼器的形状记忆合金板为圆弧状刀片板，其两端分别预留两排螺栓孔，通过高强通长螺栓与混凝土预制梁和混凝土预制柱进行固定。

技术总结
本发明提供了一种基于SMA刀片式阻尼器的预应力装配式混凝土框架节点结构，属于预应力装配式混凝土框架技术领域；解决了现有预制装配式框架节点承载力低导致节点变形大的问题；包括混凝土预制梁、混凝土预制柱、阻尼器，梁、柱以十字型进行拼接固定，阻尼器与混凝土预制梁和混凝土预制柱的连接处分别设置有橡胶垫片，并采用高延性短纤维浆料进行填缝；阻尼器包括形状记忆合金板、金属橡胶和高密度泡沫铝，形状记忆合金板通过高强通长螺栓穿过预留孔与混凝土预制梁、混凝土预制柱连接固定，形状记忆合金板下铺设一层橡胶垫片，在形状记忆合金板与混凝土预制梁、混凝土预制柱的节点之间填充金属橡胶和高密度泡沫铝；本发明应用于装配式混凝土框架。装配式混凝土框架。装配式混凝土框架。


技术研发人员：郭霖 江姣 范宝秀 刘琦 刘书平 梁世荣 谷蓉 李维清 王文雄 贾红军 倪华光 师强强 翟桂庆 王少波 白少华 郑芳俊 庞军辉
受保护的技术使用者：山西建设投资集团有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/7/27