一种新型自复位耗能盒式连接柱及其施工方法

本发明属于装配式混凝土建筑，具体涉及一种新型自复位耗能盒式连接柱及其施工方法。

背景技术：

1、在预制装配式钢筋混凝土框架结构当中，预制装配式构件节点的连接技术是装配式结构的核心技术。装配式建筑的抗震性能很大程度上取决于梁-柱节点的连接可靠性。历次大地震调查发现，在预制装配式框架结构倒塌的建筑物中，预制构件破坏较轻，倒塌的主要原因是各预制构件间的连接发生破坏。因此如何保证预制装配式构件连接的有效性及节点设计的合理性是保证结构安全性能和使用性能的关键。

2、目前，现有的装配式混凝土框架结构干式连接节点仍要解决以下问题:

3、(1)预制梁-柱连接节点部位称为节点核心区，是主体受力的核心部位。在结构中处于弯矩、剪力、轴力复合作用的受力状态，以协助梁、柱等各构件形成整体结构共同抵御外部荷载。因此需要对节点部分构件进行削弱来控制地震时塑性铰发生在梁端位置，通过塑性铰耗散地震力，防止构件先于节点破坏而影响整体结构安全，满足“强节点弱构件”的设计理念，以满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求。

4、(2)节点核心区或柱端过早破坏都会影响整体结构的安全，在大震时，虽然有较好的变形能力但承载能力不足，或者，有足够的承载能力但耗能能力不足。现有的梁柱干式连接节点很难同时兼顾到承载力和变形性能。

5、(3)目前节点的自复位能力往往依靠无粘结预应力筋来实现，虽然这样可以提高结构在震后的自复位能力，但是其耗能能力较弱，会在梁端产生较大的应力集中，使得梁端部分的混凝土容易出现破坏，造成梁柱节点的抗弯性能减弱，而且如果仅靠预应力筋来抵抗弯矩和承担剪力，必然会带来一定的应力损失，导致震后自复位能力变差。

6、因此，研究并开发出一种装配简单，应用面广，在地震发生时能够有效耗散地震能量，确保震害发生后变形较小或可恢复到初始状态的干式连接节点对装配式建筑的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型自复位耗能盒式连接柱及其施工方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种新型自复位耗能盒式连接柱，包括：

3、钢筋混凝土结构的上部预制柱和下部预制柱，以及预应力高强螺栓杆和耗能钢板；其中，每个预制柱外表面的侧面交界处开设有槽口，所述槽口内固定有钢盒；每个预制柱靠近连接端区域的侧面及端面在混凝土内设置有内嵌钢板；所述上部预制柱和所述下部预制柱的端部贴合，且通过穿过钢盒固定的预应力高强螺栓杆实现柱连接；并且，在柱连接处侧面的内嵌钢板连接区域所对应的外表面上，设置有包含两个空心l型的耗能钢板。

4、在本发明的一个实施例中，所述上部预制柱的槽口位于距离上部预制柱顶部三分之一的位置；所述下部预制柱的槽口位于距离下部预制柱底部三分之一的位置。

5、在本发明的一个实施例中，每个预制柱内的钢盒通过预埋在预制柱内的u型箍筋与预制柱的混凝土进行锚固。

6、在本发明的一个实施例中，每个预制柱的端面、端面的内嵌钢板以及钢盒上均预留有上下对齐的孔道；每根预应力高强螺栓杆穿过相应的孔道，并通过螺母与穿过的钢盒进行固定。

7、在本发明的一个实施例中，各侧面的耗能钢板中，空心l型覆盖所述柱连接处。

8、在本发明的一个实施例中，所述耗能钢板中的两个l的形状相同，且其中一个l为另一个l平面旋转180度得到。

9、在本发明的一个实施例中，对侧的一组耗能钢板高度相同，并通过贯穿柱体的对拉螺栓实现连接；且用于连接相邻侧耗能钢板的对拉螺栓上下错开以实现空间避让。

10、第二方面，本发明实施例提供了一种新型自复位耗能盒式连接柱的施工方法，所述方法包括：

11、制作上部预制柱和下部预制柱；其中，每个预制柱外表面设置有槽口，槽口内固定有钢盒，且每个预制柱靠近连接端区域的侧面及端面设置有内嵌钢板；

12、固定所述下部预制柱，将预应力高强螺栓杆插入所述下部预制柱预留的孔道内，并伸出钢盒一定距离使用螺母固定；

13、吊装所述上部预制柱，将预应力高强螺栓杆插入所述上部预制柱预留的孔道内，并伸出钢盒一定距离使用螺母固定，形成上下柱贴合的结构主体；

14、在柱连接处侧面的内嵌钢板连接区域所对应的外表面上安装耗能钢板；其中，各侧面的耗能钢板包含两个空心l型。

15、在本发明的一个实施例中，每个预制柱的制作过程包括：

16、针对该预制柱进行支模，并在模型上该预制柱外表面的侧面交界处预留槽口；

17、在得到的模型上靠近连接端区域的侧面及端面设置内嵌钢板；其中，端面的内嵌钢板预留有孔道；

18、对得到的模型浇筑混凝土，得到钢筋混凝土柱结构；其中，所述钢筋混凝土柱结构的端面上预留有孔道，且与所述端面的内嵌钢板所预留的孔道对齐；

19、在所述钢筋混凝土柱结构的槽口内放置钢盒，并通过所述钢筋混凝土柱结构内预埋的u型箍筋将所述钢盒与混凝土进行锚固；其中，所述钢盒靠近连接端的一侧预留有孔道，且预留的孔道与所述钢筋混凝土柱结构的端面和所述端面的内嵌钢板所预留的孔道对齐，所述钢盒远离所述连接端的一侧与该预制柱内的纵筋焊接连接。

20、在本发明的一个实施例中，在柱连接处侧面的内嵌钢板连接区域所对应的外表面上安装耗能钢板的过程，包括：

21、将对侧的第一组耗能钢板设置为高度相同，并通过贯穿柱体的对拉螺栓连接所述第一组耗能钢板；

22、将对侧的第二组耗能钢板设置为高度相同，但高度与所述第一组耗能钢板的高度上下错开，并通过贯穿柱体的对拉螺栓连接所述第二组耗能钢板，以使得两组耗能钢板采用的对拉螺栓实现空间避让。

23、本发明实施例所提供的新型自复位耗能盒式连接柱是一种新的装配式混凝土框架结构干式连接节点，其装配简单，应用面广，在地震发生时能够有效耗散地震能量，确保震害发生后变形较小或可恢复到初始状态，相比现有技术，具体存在以下优势：

24、(1)地震过程中，耗能钢板通过弹塑性变形吸收地震能量，达到耗能目的，耗能钢板的l型设计保证了结构的抗剪承载力；利用高强预应力螺栓杆的弹性恢复力不仅能够实现自复位功能，还能够保证层层装配。

25、(2)该新型自复位耗能盒式连接柱属于耗能连接件，所设计的l型耗能钢板具有优良的抗剪与耗能性能。实验研究表明，l型设计可优化钢板的抗剪性能。在地震来临时，耗能钢板在保证充足的承载力以保证主体结构安全的前提下，还能充分发挥其延性进行耗能。

26、(3)该新型自复位耗能盒式连接柱通过预埋内嵌钢板、耗能钢板、预应力高强螺栓杆新型组合方式实现柱柱连接，能够提高节点承载能力。当发生大震时，能够满足“强节点，弱构件”设计理念，将塑性铰的发生控制在节点位置，通过节点的耗能屈服达到减震的效果，从而提高结构的抗震性能。

27、(4)本发明实施例的预制柱采用管桩柱形式，自重轻，截面扩展好，便于运输及施工现场吊装，能够有效节约生产成本、运输成本、施工成本。符合绿色装配式建筑的设计理念。

28、(5)本发明实施例的预制柱均可在工厂预制完成，现场直接拼装浇筑，能够节省大部分现场浇筑作业，省时省力，高效环保。