[发明专利]一种可更换部分填充式组合结构框架装配节点及其制备方法

说明书

本发明提供一种可更换部分填充式组合结构框架装配节点及其制备方法：包括部分填充式柱和部分填充式梁，所述部分填充式柱和部分填充式梁通过对拉螺栓连接，通过部分填充式梁分段设计，实现塑性变形于节点区外局部集中，解决了部分填充式节点在节点焊缝区发生脆性破坏的问题，实现了灾后的快速恢复。同时，由于对拉螺栓的使用，相当于施加预应力，增强混凝土抗裂能力，又解决了部分填充式组合结构框架的连接问题，同时也带来施工上的便利，实现预制装配化。本发明还通过填充ECC，改善了部分填充式节点的抗震性能，进一步提高了整体结构的抗震性能。

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种可更换部分填充式组合结构框架装配式节点的设计和建造。

背景技术

部分填充式钢-混凝土组合结构(partially encased composite structures，PECS)，简称“部分填充式组合结构”，它是在工字钢或H型钢等构件的翼缘间填充混凝土等材料，并在混凝土中设置纵筋、箍筋或翼缘连杆的组合结构，也称为部分包裹、部分外包结构。部分填充式组合结构的承载力、刚度及延性均优于纯钢结构或钢筋混凝土结构，与型钢混凝土组合结构相比，具有构件可预制化程度高、节点连接方便、模板用量少等优点，在建筑工业化、装配化的发展趋势下，将会得到广泛应用。部分填充式钢-混凝土组合结构节点作为结构的关键部位，起着传递结构构件(梁、柱)内力和协调结构变形的作用，其性能直接影响结构框架体系的刚度、承载力和稳定性。传统框架抗侧力结构体系中，框架柱与框架梁的刚度匹配和梁柱节点连接性能是实现结构“强柱弱梁”与“强节点”抗震设计原则和保证结构具备足够的耗散地震能能力与强震作用下抗倒塌性能的关键所在。

1994年Northridge地震与1995年神户地震震害调查结果发现：全焊接刚性节点多数因焊缝疲劳断裂而发生了严重的脆性破坏，虽然通过改变设计参数在一定程度上改善了节点延性，但仍难满足节点连接转动能力的抗震设计要求。为避免梁柱连接区域的破坏，国内外学者对此展开大量研究，并在对传统梁柱节点进行研究分析的基础上，提出了很多改进节点形式，主要分为加强型和削弱型两大类，狗骨式节点属于一种削弱型节点形式，在离梁柱连接处一定距离的两端减小翼缘尺寸，通过梁端翼缘的削弱，诱导梁端塑性铰截面从梁柱连接处外移，以避开梁柱连接处节点焊接区残余应力集中，改善节点的耗能能力。

狗骨式节点在循环荷载作用下的性能以及破坏形式已经研究的比较透彻，试验和理论分析研究显示其具备比普通钢框架节点更好的耗能能力。但随着荷载和循环次数的增加，梁端翼缘削弱部位受压屈服后，对应位置腹板可能产生钢板平面外屈曲，轻则影响节点耗能能力的发挥，减少翼缘削弱部位的低周疲劳寿命，重则导致节点提前破坏。由于狗骨式节点削弱了节点区的翼缘截面，导致钢梁平面外刚度降低，容易产生钢梁平面外整体屈曲。

另外一种削弱形式是在钢梁腹板开圆孔，其通过对距离梁柱连接处一定距离的梁腹板位置进行开圆孔削弱，迫使地震荷载作用下塑性铰的形成位置偏离脆性较高的节点焊接区，并出现在腹板开圆孔周围，从而避免节点的脆性破坏，使节点在地震作用下拥有更好的延性。但此种构造形式同样会容易造成削弱部位腹板和翼缘发生屈曲，后期残余变形大，且开洞造成削弱部位低周疲劳寿命降低，钢梁平面外刚度降低，容易产生钢梁平面外屈曲。