一种摩擦-弯曲复合耗能预应力自复位钢竹组合梁柱节点

本发明涉及一种摩擦-弯曲复合耗能预应力自复位钢竹组合梁柱节点，属于建筑结构工程抗震和耗能构件领域。

背景技术：

1、传统的装配式梁柱连接节点通常采用湿连接和干连接两种方式；其中湿连接的施工复杂，通常采用钢筋搭接和灌浆套筒连接等方式，虽然结构的整体性良好，但是在大震作用下会发生不可逆的破坏，产生较大的残余变形且难以修复，容易造成大量的资源浪费；而传统干连接会使结构连接节点的刚度降低，导致结构的整体性下降，无法满足耗能减震的设计理念，存在抗震隐患。为此自复位耗能连接节点运用在装配式结构中，来代替传统的连接方式，但是目前所采用的自复位连接节点的耗能器耗能方式比较单一，通常采用摩擦耗能的形式，只存在单一刚度，在地震作用下耗能器启动后，结构刚度迅速下降，无法满足结构在多循环，周期性的地震作用下保持稳定状态。

2、随着时代的发展，绿色发展理念深入人心，目前建筑结构大都为混凝土结构或钢结构，其不环保，污染大等问题日益突出；近几年竹木组合结构迅速发展，其资源广，可再生等优势逐渐显现，又因为竹木组合结构具有低碳环保、绿色节能、构造灵活多变的特点，故在我国具有良好的发展前景；但竹木组合结构也存在一定的问题：其结构的强度和连接刚度较弱，承载力较低，节点连接处连接困难，结构端部在地震作用下容易发生突发性破坏且存在较大的残余位移等；并且由于竹木组合结构的强度有限，不能施加过大的预应力，所以只能采取增大截面尺寸的方法来增加端部的强度，但是这种方法不经济且施工复杂，所以设计一种经济合理的竹木组合结构和连接节点来确保竹木组合结构在外力(如地震作用)作用下既能保持安全且构件不会发生严重的不可逆破坏是非常有必要的。

3、薄壁型工字钢经常应用于建筑结构中，具有强度高，质量轻，承载力强的优良力学性能，但薄壁型工字钢容易发生局部和整体的屈曲以及面外变形，一般可以在腹板中焊接加劲肋来防止薄壁型工字钢的失稳现象，但是设计计算较为复杂，且焊接容易造成附近钢材材料的损坏以及力学性能的改变。

技术实现思路

1、为了增加竹木组合结构的整体承载力，防止梁端在外力作用下发生不利受力破坏，确保结构在地震作用下可以保证安全可靠的状态，发明了一种摩擦-弯曲复合耗能预应力自复位钢竹组合梁柱节点。通过引入薄壁型工字钢来弥补竹木组合结构的强度问题；在薄壁型工字钢梁腹板处设置摩擦-弯曲复合耗能器来提供耗能能力，使结构更好的消耗外部荷载。本发明的摩擦-弯曲复合耗能器形成两阶段耗能机制，并作为一种连接件将梁柱连接在一起；自复位能力由预应力筋提供，且预应力筋的预拉应力使梁柱接触面紧密贴合，从而增强了结构的整体性。

2、为了实现本发明的目的，可通过以下技术方案来实现，一种摩擦-弯曲复合耗能预应力自复位钢竹组合梁柱节点，包括组成梁柱的薄壁型工字钢梁柱和梁柱胶合竹；提供耗能能力的摩擦-弯曲复合耗能器和提供自复位能力的预应力筋。

3、进一步的，所述薄壁型工字钢梁柱和梁柱胶合竹通过高强粘结性材料粘接在一起组成梁柱。

4、进一步的，所述薄壁型工字钢梁柱和梁柱胶合竹内分别留设有穿过预应力筋、对拉螺栓、高强螺栓和耗能杆的孔洞。

5、进一步的，梁柱胶合竹上穿过预应力筋的孔洞为半圆形孔洞。

6、进一步的，预应力筋关于薄壁型工字钢梁柱腹板四周对称布置。

7、进一步的，在梁柱连接处薄壁型工字钢梁腹板中间位置，放置了摩擦-弯曲复合耗能器。

8、进一步的，摩擦-弯曲复合耗能器由l型钢、内摩擦板、垫板、高强螺栓和耗能杆组成；l型钢分为端板和外摩擦板两部分，端板通过对拉螺栓连接在柱上，外摩擦板通过高强螺栓与薄壁型工字钢梁腹板压紧。在l型钢外摩擦板和薄壁型工字钢梁腹板两者之间设置了内摩擦板；耗能杆穿垫板、l型钢的外摩擦板部分和薄壁型工字钢梁腹板的预留孔洞对拉连接。

9、进一步的，在l型钢和薄壁型工字钢梁腹板间设有内摩擦板，内摩擦板与薄壁型工字钢梁腹板焊接在一起。

10、进一步的，耗能杆和l型钢外摩擦板之间设置了垫板。

11、进一步的，垫板上有可供耗能杆穿过的孔洞。

12、进一步的，l型钢，内摩擦板，薄壁型工字钢梁腹板留设有穿过高强螺栓和耗能杆的孔洞。

13、进一步的，l型钢外摩擦板上通过耗能杆的孔洞为条形孔洞，穿过高强螺栓的孔洞为圆形孔洞；内摩擦板和薄壁型工字钢梁腹板上，穿过耗能杆的为圆形孔洞，穿过高强螺栓的为条形孔洞；且通过高强螺栓的条形孔洞长大于通过耗能杆的条形孔洞的长度。以确保摩擦板接触面发生相对滑动时，耗能杆可以触碰到l型钢孔洞的孔壁发生屈曲。

14、进一步的，在薄壁型工字钢梁端部焊接了一块端板。

15、本发明的工作机理

16、在外部荷载(如地震)作用下，首先，外部荷载的作用小于预应力筋初始预应力的贡献，此时梁柱节点接触面紧密贴合并未发生张开；随着外部荷载的增大，其对节点的整体作用超过预应力筋初始预应力的贡献，但由于摩擦-弯曲复合耗能器接触面的摩擦力，此时梁柱节点接触面仍然压紧；当外力继续增大，其对节点的贡献超过预应力筋初始预应力和摩擦-弯曲复合耗能器中摩擦力的贡献之和，梁柱节点接触面受外力作用开始张开，此时薄壁型工字钢梁绕上下翼缘中心处发生相对转动，其连接在梁柱上的l型钢外摩擦板和焊接在薄壁型工字钢梁腹板上的内摩擦板发生相对滑动，摩擦-弯曲复合耗能器第一次启动，形成恒定摩擦力耗散外部能量；之后随着张开间隙的增大，耗能杆与预留在l型钢外摩擦板条形孔洞的孔壁接触承压(简称“耗能杆承压”)而弯曲，摩擦-弯曲复合耗能器二次启动，耗能杆弯曲变形产生第三刚度，该阶段摩擦力和耗能杆承压提供更高耗能能力。实现摩擦-弯曲复合耗能器两次启动的关键在于且l型钢外摩擦板上的条形孔洞长小于薄壁型工字钢梁腹板上条形孔洞的长度。在设计双启动点框架时，可通过改变条形孔洞长度以及耗能杆参数(直径和强度)调节第二启动点的位移和第三刚度以满足大震下结构的刚度和耗能需求，从而控制结构的动力响应及其沿楼层的分布，最终控制结构综合损伤处于可修水平。

17、有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

18、目前研究的自复位耗能梁柱节点连接形式中，耗能器耗能形式单一，节点只存在单一启动力。虽然结构在节点张开前初始抗侧刚度较大，整体性良好。但在外力作用下耗能器启动后，梁柱节点张开，结构抗侧刚度主要由预应力筋提供，整体刚度迅速降低；在强震作用下，层间刚度的较大削弱，会导致结构产生较明显的高阶模态效应，结构变形集中，结构的局部位移角较大，非结构构件损伤增加，结构的震后复位能力也受到影响。本技术方案的一种摩擦-弯曲两阶段耗能自复位钢竹组合梁柱节点，引入了第二启动点和第三刚度，摩擦-弯曲复合耗能器先通过摩擦耗能，有效的耗散地震力；当外部荷载克服摩擦力后，摩擦-弯曲复合耗能器接触面发生相对滑动，接触面张开，耗能杆与相应孔壁接触使产生第三刚度，提供更高耗能能力；当结构梁柱接触面张开后，提前张拉的预应力筋提供拉应力，使接触面再次贴合，恢复到结构初始状态。

19、薄壁型工字钢容易发生局部和整体的屈曲以及面外变形，通过在薄壁型工字钢的腹板两侧插入胶合竹可以有效防止薄壁型工字钢发生失稳；再者，胶合竹结构的承载力较低，在梁柱节点连接应力集中处，会发生不可逆的端部破坏，并且由于竹木组合结构的强度有限，不能施加过大的预应力，所以只能采取增大截面尺寸的方法来增加端部的强度，但这种方法不经济，且施工复杂，而引入薄壁型工字钢可以有效的提高胶合竹结构的强度和承载力，保护端部不会发生破坏。

20、该结构的结构构件可以根据需求在工厂提前加工完成，运输到施工现场进行组装，且胶合竹和薄壁型工字钢重量较轻，运输方便；该装置的连接简单，主要通过螺栓连接和焊接，与传统现浇节点和湿式连接相比可以有效缩短工期，节省人力物力。