一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件的制作方法

本发明属于建筑工程领域，涉及装配式混凝土框架结构，具体为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件。

背景技术：

近几十年来，装配式混凝土结构以其工业化生产和装配式施工的特点，越来越得到工程师的青睐，被广泛地应用并得到了迅猛的发展。伴随着基于性能的抗震设计理论研究的深入，人们对结构损伤控制的要求越来越高，高延性耗能元件的研究与应用受到了越来越多的关注，在美国、新西兰、日本等国家和地区，在装配式结构中加入延性耗能元件的做法已经日趋成熟，在结构体系中采用装配技术和耗能减震技术已经成为建筑行业未来发展的趋势之一。

梁柱节点连接的抗震性能是装配式混凝土框架结构抗震能力发挥的关键因素。框架结构的节点是地震作用下内力较大的部位，容易产生塑性铰，同时也是装配式混凝土框架结构的预制构件交汇之处，这使得连接的性能在装配式混凝土结构中显得尤为重要。框架结构往往需要利用梁端的塑性变形耗散地震能量，因此连接应利于节点处梁端在反复水平作用下发挥良好的滞回性能，从而减轻地震响应。此外，节点的连接安装工艺是装配式混凝土框架结构安装的关键要素。装配式混凝土框架结构中，预制构件在工厂制作，可以通过流水线施工提高生产效率；而现场的连接安装仍需人工操作来完成。节点连接的工艺是否便于操作，是否具有快捷的安装流程，将对工业化建筑的建造效率产生关键影响。

诱导屈服机制是保证装配式混凝土框架结构梁柱节点连接抗震性能的关键要素。钢筋混凝土构件的滞回耗能主要来自于纵向钢筋的屈服。现浇施工工艺下，节点、连接和构件一体化成型，节点附近的钢筋和混凝土都是连续的，使得构件和节点具有相关的承载性能，而由于节点受力复杂，要实现强节点弱构件需采取较严格的构造要求。装配式混凝土框架结构中，节点处的连接滞后于构件的制作完成，使得工程师有条件在连接处采取特殊的构造和优质的耗能连接，从而充分发挥这种结构的抗震性能，保证其抗震能力。

美国dywidag公司使用的延性连接(dywidagductileconnector，ddc)将金属轴心受力构件的滞回耗能原理应用于节点核心区中。该延性连接构造简单，制作安装方便，耗能效果良好，造价相对低廉，目前在美国等发达国家和地区已经展开应用，特别是在加州地震区的大型装配式混凝土结构中应用较多。试验表明，该种延性连接的引入显著提升了结构的抗震性能，具有优越的耗能性能。ddc使用转换块来传递耗能棒和梁内纵向钢筋之间的轴向力，转换块与耗能棒相应的位置开有通孔，与梁内纵向钢筋相应的位置开有带内螺纹的沉头孔，耗能棒的外端为带有内螺纹的套筒，首先将纵向钢筋采用螺纹与转换块的沉头孔进行固定，然后采用螺栓穿过转换块的通孔拧入耗能棒的端部套筒的内螺纹中。

防止塑性铰附近钢筋受压时的屈曲是发挥塑性铰耗能特性的前提。现浇钢筋混凝土框架节点中，在节点处塑性铰区发生较大塑性转角时，由于纵向受压钢筋屈服时周边的箍筋和混凝土无法约束其屈曲，会导致外侧混凝土崩裂、箍筋崩断及纵向受压钢筋失稳等现象产生，承载能力瞬间降低，塑性铰失去转动能力。这说明，防止耗能的纵向钢筋受压屈服后的屈曲是发挥塑性铰耗能特性的关键。ddc将塑性区段钢筋放置在柱节点核心区内，使耗能棒的四周均处于混凝土的约束中，防止了塑性区段钢筋的失稳。但是，ddc与梁内纵向钢筋的连接较为复杂。

同时，装配式混凝土框架结构的连接设计应能够协调构件制作和安装过程中的误差。装配式结构的构件在工厂预先制作，然后在现场进行组装。即使在制作过程中采取各种措施保证构件的尺寸精度，构件的尺寸误差和构件中各部件(例如钢筋)的位置误差仍是不可避免的；另一方面，为了保证组装的顺利进行，构件之间必须留有一定程度的间隙，才能避免组装过程中的碰撞，而这些间隙的存在也使得安装过程中构件和构件之间存在不可避免的长度误差。装配式混凝土框架结构的连接设计，必须能够方便地协调上述原因引起的误差，才能够保证传力的可靠，确保施工安装的便捷性。ddc连接不易消除构件之间的纵向间隙，容易导致滞回曲线的捏缩。

江苏金砼预制装配建筑发展有限公司提出了一种新型的可调钢筋连接套筒，用于装配式结构中两段钢筋的相互连接施工当中，其可实现在同一轴线内两段钢筋的无滑移可靠连接，适用各类场合不同直径的钢筋连接，应用范围广泛；其特点为，套筒接头短，不影响箍筋安装；外形小不影响混凝土保护层；可对钢筋的长度和偏心进行适度调整；构件安装就位时可通过旋转钢筋接头进行微调来适应预制构件安装精度；连接质量可靠稳定；该接头连接可实现钢筋受压和受拉时没有间隙滑移，受力可靠，能够满足一级接头的要求。

针对上述背景，本发明提出一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，连接预制梁端部的纵向钢筋并锚固于柱核心区，用于承受并传递地震作用下由框架梁端弯矩引起的上侧和/或下侧边缘的反复轴力；由承受轴向荷载的耗能棒、节点核心区内部的锚固块及将耗能棒与梁内纵向钢筋连接的可调组合钢筋接头组成，耗能棒在受压时受到周边节点区密实混凝土的约束，即使耗能棒受压屈服时也不会发生大幅值的屈曲。小震时，布置在节点核心区内的核心耗能棒保持弹性，为梁柱连接提供抗弯刚度；中震或大震时，耗能棒发生受拉或受压屈服并利用滞回特性耗散地震能量，减小结构的动力响应。本发明的特点是耗能棒可以发挥稳定的延性耗能性能，提高结构的抗震能力。与ddc相比，本发明具有连接简洁、便于调节施工误差、施工方便等优点。

技术实现要素：

技术问题：预制装配式混凝土框架结构是适合建筑工业化建造的重要结构形式。框架梁柱节点既是构件的交汇点，是现场安装的主要作业部位，又是构件地震下发生较大内力的区域，容易产生塑性变形，耗散地震能量。因此，如何在节点区采用方便连接施工并能够协调安装误差的连接方式，如何利用屈服诱导机制控制损伤和耗能发生的部位和保证结构的耗能能力，如何避免发生塑性变形的耗能部件在受压时出现屈曲，是保证装配式混凝土框架结构抗震性能和可施工性的关键技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，

所述的装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件包括锚固块、与锚固块连接的耗能棒、连接耗能棒和梁内纵向钢筋的可调组合钢筋接头；所述的锚固块和耗能棒预埋在预制框架柱的节点核心区内。

所述耗能连接组件采用钢材等金属材料制作。所述耗能棒与锚固块之间通过焊接或螺纹连接等方式牢固连接，所述耗能棒与梁内纵向钢筋之间通过可调组合钢筋接头牢固连接，构成一个连续的传力组件。

所述的耗能棒沿长度方向依次划分为内侧连接段、内侧过渡段、耗能段、外侧过渡段及外侧连接段；所述内侧连接段和外侧连接段的截面积大于所述耗能段的截面积；耗能段与内侧连接段及外侧连接段之间平缓过渡，分别形成内侧过渡段及外侧过渡段；外侧连接段的端部段设有外螺纹。

优选的，所述的耗能棒的耗能段表面有无粘结材料包裹。

所述的可调组合钢筋接头包括外套筒、设于外套筒内部的第一内套筒和第二内套筒、与第二内套筒相抵的并帽；

所述外套筒一端端部设置为直径大于耗能棒之外侧连接段的公称直径的等径缩口，另一端区段内壁设有内螺纹；所述第一内套筒外径大于外套筒的等径缩口直径但小于外套筒内径，第一内套筒一端开设有中心沉头孔，所述中心沉头孔的内壁加工有内螺纹，第一内套筒另一端设置有导向头，导向头或可设置为半球形或圆锥形形式；所述第二内套筒的中心孔为通孔，通孔直径略微大于第一内套筒导向头的最大径，所述通孔内壁设有内螺纹，第二内套筒的一端筒壁上有外螺纹；所述的并帽带有中心通孔，所述中心通孔的内壁设有内螺纹；

所连接的耗能棒之外侧连接段端部穿过等径缩口，其外螺纹与第一内套筒沉头孔的内螺纹配合旋接；外套筒的内螺纹与设于第二内套筒筒壁上的外螺纹配合旋接；所连接的梁内纵向钢筋端部段设有外螺纹，所述外螺纹与第二内套筒内壁的内螺纹配合旋接；并帽的内螺纹与梁内纵向钢筋端部的外螺纹配合旋接，并帽旋紧于第二内套筒末端。

所述的应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，其锚固块和耗能棒连接后预埋在柱节点核心区内，与梁柱完成连接后的梁内纵向钢筋对齐，耗能棒之外侧连接段的端部不突出柱混凝土的表面；耗能棒之外侧连接段附近的柱混凝土留有柱侧缺口以进行耗能棒与梁内纵向钢筋之间的连接施工，梁内纵向钢筋的端部附近亦需留出足够长度的梁端企口以保证可调组合钢筋接头的操作空间，连接安装完成后采用后浇混凝土填充所述缺口和企口。

有益效果：1)结构损伤集中，耗能性能好。在本发明中，通过合理的设计，可以使耗能棒之耗能段在轴力作用下的屈服承载能力小于其所连接梁内纵向钢筋的屈服承载能力及其锚固承载能力，也小于核心耗能棒的内侧连接段、外侧连接段的屈服承载能力以及两端与锚固块、梁内纵向钢筋之间的连接承载能力，从而使屈服仅发生在耗能棒的耗能段中。由于在节点核心区安装了易屈服的耗能棒，使得地震作用下耗能棒能够吸收并消耗地震输入结构的能量，在保证主要承重构件的梁、柱本身不发生过大的变形或损伤的情况下，减小地震响应。

2)屈服诱导机制可以有效实现。本发明将耗能棒设置在节点核心区，合理设计下，耗能棒的拉压屈服承载能力较其它组成部件的承载力低，通过在耗能棒的耗能段采取削弱截面的方式，可以诱导屈服在指定区域产生，这样在地震作用下，耗能棒可以先于框架其他构件及部件发生屈服并进入耗能，形成一种屈服诱导机制，从而可以保证强烈地震下，屈服仅可能发生在耗能棒中，且仅有耗能棒的耗能段可能产生塑性变形，而其余部分均可以保证无损或损伤可忽略的状态。耗能段具有一定的长度，优选地，耗能段的表面有无粘结层，因此当产生塑性变形的时候，在耗能段范围内具有相近的塑性应变，塑性变形下耗能段内的平均应变较低，有利于发挥金属材料的低周疲劳能力。

3)可以有效避免耗能棒在轴向受压屈服后可能发生的屈曲失稳。耗能棒埋置在节点区的范围内，上下、左右都受到周围密实混凝土的约束，无论耗能棒向哪个方向存在潜在的屈曲倾向，都有足够的混凝土约束其侧向变形。因此耗能棒在受压时不会产生大幅的屈曲变形，从而保证耗能棒在受压时能够与受拉时一样发生分布在耗能段内的全截面屈服。由于屈服仅限于耗能棒的耗能段内发生，梁的纵向钢筋保持弹性状态，因此不会发生普通钢筋混凝土塑性铰一样的钢筋屈曲、保护层混凝土崩出的破坏形态，有利于在塑性铰转角较大时保持截面的承载能力不降低。

4)方便安装且能够可靠传递拉力和压力。装配式混凝土框架结构的梁、柱及其相关构件，在工厂分别制作，到工地现场依次安装。如果构件的尺寸大于或精确等于构件安装空间的尺寸，将导致构件的安装困难。因此，为了方便构件的安装，构件的尺寸应略小于构件安装空间的尺寸，这样就导致安装完成后构件之间存在间隙。螺纹套筒连接能够消除构件之间的间隙，但是耗能棒/钢筋端部螺纹和套筒内螺纹之间存在的微小间隙仍可能导致纵向传力时的滑移。这种滑移造成了连接受力时刚度降低，对承受轴向拉力或压力的节点核心区的耗能连接非常不利。本发明采用可调组合钢筋接头的连接套筒将耗能棒与梁内锚固钢筋连为一体，便于调节耗能棒与钢筋之间存在的间隙，并通过套筒本身在安装过程中表现出的可伸缩特性，将梁柱连为有机的一体；可调组合钢筋接头在安装完成并拧紧各部分螺纹后，第二内套筒与第一内套筒导向头侧端部抵紧、外套筒等径缩口台阶与第一内套筒沉头孔侧端部抵紧，并使耗能棒外侧连接段外螺纹与第一内套筒内螺纹的螺牙在一侧相抵、外套筒内螺纹的螺牙与第二内套筒外螺纹的螺牙在另一侧相抵；同时并帽顶紧第二内套筒的端部，并使第二内套筒内螺纹的螺牙与梁内纵向钢筋端部螺纹的螺牙在一侧相抵、并帽内螺纹的螺牙与梁内纵向钢筋端部螺纹的螺牙在另一侧相抵，从而使耗能棒的拉力和压力均通过部件之间紧密相抵的受压面传递，连接在传递拉力和压力过程中不产生滑移，消除了螺纹间隙对传力的影响，保证节点传力体系的有效性与可靠性。

5)对构件间的安装公差具备较强的适应性。采用了可调组合钢筋接头进行受力钢筋和耗能棒的连接，套筒接头短不影响箍筋安装，外形小不影响混凝土保护层；同时钢筋接头的可调特性可对钢筋的长度和偏心进行适度调节，预制柱、梁安装就位时可通过旋转钢筋接头进行微调提高构件安装精度，不会产生材变和应力，保证连接质量可靠稳定。

6)实用性强，不影响美观。本耗能连接组件布置在节点核心区内，耗能棒与梁柱的传力直接，并在安装完毕后在对预留操作空间的剩余部分后浇混凝土使结构成为一体，梁的外观与现浇的框架梁一致，符合传统的审美观。

附图说明

图1为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件整体示意图；

图2为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件中耗能棒示意图；

图3为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件中可调组合钢筋接头示意图；

图4为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件中可调组合钢筋接头压力传递机理示意图；

图5为一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件中可调组合钢筋接头拉力传递机理示意图；

图中有：锚固块1，耗能棒2，内侧连接段21，内侧过渡段22，耗能段23，外侧过渡段24，外侧连接段25；外侧连接段端部外螺纹251；可调组合钢筋接头3，外套筒31，等径缩口311，外套筒内螺纹312，第一内套筒32，第一内套筒内螺纹321，导向头322，第二内套筒33，第二内套筒内螺纹331，第二内套筒外螺纹332，并帽34，并帽内螺纹341；梁内纵向钢筋4，梁内纵向钢筋端部外螺纹41；无粘结材料5，柱侧缺口6，梁端企口7，后浇混凝土8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，

所述的装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件包括锚固块1、与锚固块1连接的耗能棒2、连接耗能棒2和梁内纵向钢筋的可调组合钢筋接头3；所述的锚固块1和耗能棒2预埋在预制框架柱的节点核心区内。

所述耗能连接组件采用钢材等金属材料制作。所述耗能棒2与锚固块1之间通过焊接或螺纹连接等方式牢固连接，所述耗能棒2与梁内纵向钢筋4之间通过可调组合钢筋接头3牢固连接，构成一个连续的传力组件。

所述的耗能棒2沿长度方向依次划分为内侧连接段21、内侧过渡段22、耗能段23、外侧过渡段24及外侧连接段25；所述内侧连接段21和外侧连接段25的截面积大于所述耗能段23的截面积；耗能段23与内侧连接段21及外侧连接段25之间平缓过渡，分别形成内侧过渡段22及外侧过渡段24；外侧连接段25的端部段设有外螺纹251。

所述的耗能棒2的耗能段23表面有无粘结材料5包裹。

所述的可调组合钢筋接头3包括外套筒31、设于外套筒内部的第一内套筒32和第二内套筒33、与第二内套筒33相抵的并帽34；

所述外套筒31一端端部设置为直径大于耗能棒2之外侧连接段25的公称直径的等径缩口311，另一端区段内壁设有内螺纹312；所述第一内套筒32外径大于外套筒31的等径缩口311直径但小于外套筒31内径，第一内套筒32一端开设有中心沉头孔，所述中心沉头孔的内壁加工有内螺纹321，第一内套筒32另一端设置有导向头322，导向头322或可设置为半球形或圆锥形形式；所述第二内套筒33的中心孔为通孔，通孔直径略微大于第一内套筒32导向头322的最大径，所述通孔内壁设有内螺纹331，第二内套筒的一端筒壁上有外螺纹332；所述的并帽34带有中心通孔，所述中心通孔的内壁设有内螺纹341；

所连接的耗能棒2之外侧连接段25端部穿过等径缩口311，其外螺纹251与第一内套筒32沉头孔的内螺纹321配合旋接；外套筒31的内螺纹312与设于第二内套筒33筒壁上的外螺纹332配合旋接；所连接的梁内纵向钢筋4端部段设有外螺纹41，所述外螺纹41与第二内套筒33内壁的内螺纹331配合旋接；并帽34的内螺纹341与梁内纵向钢筋4端部的外螺纹41配合旋接，并帽34旋紧于第二内套筒33末端。

所述的应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，其锚固块1和耗能棒2连接后预埋在柱节点核心区内，与梁柱完成连接后的梁内纵向钢筋4对齐，耗能棒2之外侧连接段25的端部不突出柱混凝土的表面；耗能棒2之外侧连接段25附近的柱混凝土留有柱侧缺口6以进行耗能棒2与梁内纵向钢筋4之间的连接施工，梁内纵向钢筋的端部附近亦需留出足够长度的梁端企口7以保证可调组合钢筋接头3的操作空间，连接安装完成后采用后浇混凝土8填充所述缺口6和企口7。

下面以本发明的一个可实施例为例，说明本发明的具体实施方式。

本发明所提出的一种应用于装配式混凝土框架节点核心区的耗能连接组件，将安装在装配式混凝土框架梁柱节点核心区内对应于梁上侧和/或下侧纵向钢筋的高度处。在本说明书中，以安装于节点核心区内对应于梁上侧钢筋的高度处的耗能组件为例说明。采用此例时，梁的左侧为柱，梁高范围内柱子的区域为柱节点区域。

1)预制构件

在构件预制阶段，将锚固块1与耗能棒2的内侧连接段21通过焊接或螺纹连接等方式牢固连接，耗能棒2的耗能段23表面包裹无粘结材料5，并将锚固块1和耗能棒2预埋在节点核心区内与连接完成后梁内纵向钢筋4轴线对齐的位置处，其外侧连接段25的端部不突出柱混凝土表面，并在外侧连接段25的附近留出柱侧缺口6。同时，在梁端梁内纵向钢筋高度附近预留梁端企口7，梁内纵向钢筋4端部伸至梁端缺口7内，并对梁内纵向钢筋伸出段的表面构造螺纹41。

完成上述预埋后，分别浇筑梁、柱混凝土，制作预制构件。将外套筒31套入耗能棒2的外侧连接段25，将并帽34和第二内套筒33依次旋入梁内纵向钢筋4的端部螺纹41。

2)梁柱安装

现场安装时，先将预制的梁柱吊装就位，调整梁的高度和水平位置使耗能棒2与梁内纵向钢筋4的截面形心相互对齐。同时，在耗能棒2的外侧连接段25上拧入第一内套筒32并拧紧。

3)耗能棒和梁内纵向钢筋的连接

将耗能棒的外侧连接段25与梁内纵向钢筋螺纹段41通过可调组合钢筋接头3连接并通过其组件表面的螺纹旋紧固定，具体过程包括：将第二内套筒33拧向第一内套筒32并顶紧，当耗能棒2与梁内纵向钢筋4的轴线存在微小误差时，由于导向头322和第二内套筒33之间的导向作用，梁内纵向钢筋将产生微小的弯曲来适应误差；将外套筒31拉出，其外套筒内螺纹312拧入第二内套筒的外螺纹332，确保外套筒31的等径缩口台阶卡住第一内套筒32的端部并拧紧；将并帽34旋向第二内套筒33并拧紧。上述连接可以保证梁内纵向钢筋4和耗能棒2之间的连接无间隙。

4)填筑后浇空间

将梁端企口7和柱侧缺口6的剩余空间用后浇混凝土8填实。

地震作用下，耗能棒2先于其它构件及部件发生屈服并利用滞回特性耗散地震能量。该耗能连接组件用作装配式混凝土框架结构预制梁柱的连接，可诱导结构在中震及大震下塑性损伤集中于耗能棒中，在提高结构延性、改善结构抗震性能的同时避免梁柱构件的损伤；耗能棒埋置于节点核心区混凝土内，可有效避免受压时大幅值屈曲的产生。可调组合钢筋接头连接可靠，在受拉和受压时均无间隙滑移，确保了耗能棒滞回性能的发挥，且施工方便，能够适应施工误差。该耗能连接组件的应用符合建筑工业化发展要求，具有可批量生产、快速装配施工的优点。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明，本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围。