附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910155982.4 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园100号 (72)发明人 姜子钦牛子尧周宝儒张航 申存杰 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 刘萍 (51)Int.Cl. E04C 3/32(2006.01) E02D 27/42(2006.01) E04H 9/02(2006.01) E04B 1/98(2006.01) (54)发明名称 一种附加可。

2、更换斜向抗侧BRB的自复位L型 件连接柱脚节点 (57)摘要 一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型 件连接柱脚节点， 属于结构工程领域。 该节点由 方形钢柱、 L型连接件、 两侧的可更换抗侧耗能装 置和自复位装置组成。 本发明应用了损伤控制、 耗能元件可更换、 弯矩调幅及竖向承载和水平抗 侧分离等设计理念， 结合了传统刚接柱与传统铰 接柱的优点通过合理设计， 实现弯矩调幅， 减小 柱上弯矩以保护其不受损害， 使BRB承担主要抗 侧工作， 并将损坏控制在BRB上。 BRB两端均为铰 接， 通过将侧向荷载转化为向BRB施加的轴向荷 载来充分发挥BRB的耗能性能， 提高抗侧耗能构 件工作效率。 。

3、震后仅需更换BRB即可使柱脚节点 恢复功能。 通过预应力拉索与铰接底座配合实现 自复位功能， 加强抗侧能力， 提高结构抗震及震 后恢复能力。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 109898743 A 2019.06.18 CN 109898743 A 1.一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点， 其特征在于： 该可抗弯 铰接柱脚节点由方形钢柱、 L型连接件、 两侧的可更换抗侧耗能装置和自复位装置组成； 所 述的L型连接件通过高强螺栓在方形钢柱柱脚处每边各安装一个， 共四个， 安装完成后方形 钢柱下缘与L型连接件水平部分下表面平齐， 之后使用高强螺栓将L型连接件与基础连。

4、接， 该连接方式下的柱脚不具备抗侧能力， 即为传统的铰接柱脚； 所述的可更换抗侧耗能装置 由BRB、 竖向连接件及基础底板组成； BRB铰接于竖向连接件和基础底板之间， 将由柱传递至 抗侧耗能装置的侧向荷载转化为对BRB施加的轴向荷载； 抗侧耗能装置与方形钢柱通过高 强螺栓、 连接副或单边螺栓连接， 连接处位于柱高1/3处， 基础底板固接于基础； 所述的自复 位装置由环形锚固工装和四根预应力拉索组成； 环形锚固工装由两块环形钢板以100 200mm的间距焊接于方形钢柱而成， 环形锚固工装水平方向中轴位于方形钢柱柱中上下 100mm范围内， 环形锚固工装设有加劲肋； 在环形锚固工装四角各设置一根。

5、预应力拉索， 共 四根， 预应力拉索另一端锚固于基础。 2.根据权利要求1所述的一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点， 其特征在于： 当要求方形钢柱主体部分完整， 不允许开孔时， 抗侧耗能装置通过连接套筒与 方形钢柱连接； 连接套筒由两个U型槽钢构件对接并通过高强螺栓固定而成， 竖向连接件的 铰接接头直接焊接于U型槽钢构件， 即以U型槽钢构件代替原竖向连接件。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109898743 A 2 一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点 技术领域 0001 本专利涉及一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点， 属于结构 工。

6、程技术领域。 背景技术 0002 工业化装配式钢结构是未来高层钢结构住宅发展的必然趋势， 是我国实现建筑产 业化的必由之路。 装配式建筑是建造方式的重大变革， 是推进结构性改革和新型城镇化发 展的重要举措， 完全符合绿色建筑 “适用、 高效、 协调、 发展” 的内涵。 建筑装配化， 能规范化 各构件， 工厂统一规格生产， 现场螺栓精准装配， 避免由于施工误差引起的建筑材料的消 耗， 且相对于其他结构形式减轻自重、 简化设计从而降低造价； 工程的高度组织化， 使得机 械化作业很大程度替代手工劳动， 更能减少相关费用。 0003 目前常见的钢结构底柱柱脚与基础的连接有两种形式， 一种是刚接， 一种。

7、是铰接， 但这两种形式都存在严重的问题。 若底柱与基础刚接， 则在地震作用下柱脚处会产生极大 的弯矩， 使柱脚发生破坏， 且震后极难修复或替换； 若底柱与基础铰接， 柱脚不承受弯矩， 虽 然可以保证柱不受弯破坏， 但由于柱无法抵抗侧向荷载， 使得结构整体刚度严重不足， 无法 满足建筑需求； 且这两种柱脚形式均存在一旦产生转角即需修复或极难修复的问题。 0004 为克服上述问题， 本发明提出了一种附加形抗侧剪力墙的震后可恢复功能自复 位十字型柱脚节点。 该节点形式将原本刚接柱所具备的竖向承载能力及水平抗侧能力分 离， 使柱主要承受轴向荷载， 抗侧耗能装置主要抵抗侧向荷载， 既能保护柱不被破坏， 。

8、整体 的抗侧向能力也不弱于传统的刚接柱。 震后仅需更换形剪力墙构件即可使整体结构恢复 功能， 同时以预应力拉索为核心的自复位系统可以自动修复小变形， 辅助大变形的修复工 作， 极大地降低了震后修复的难度与成本。 0005 本发明采用常见板件通过合理布置即可实现柱脚节点震后功能的可修复， 同时将 损伤控制、 耗能元件可更换、 弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离等理念引入柱脚节点领 域， 整体构造巧妙且传力清晰合理， 特别适用于钢框架结构住宅， 在保证建筑安全性的同 时， 又能大大提高其经济性， 可为住宅产业化、 建筑装配化提供技术参考。 发明内容 0006 本发明提出一种附加可更换斜向抗侧BRB的。

9、自复位L型件连接柱脚节点， 旨在解决 在现有的装配式钢结构体系中底柱震后损伤较大以及震后修复困难等弊端， 避免钢材浪 费， 延长节点使用寿命， 提高经济效益， 同时也为装配式底柱柱脚节点提供了更多的选择范 围。 0007 为实现上述目的， 本发明采用如下技术手段： 0008 一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点， 其特征在于： 该可抗 弯铰接柱脚节点由方形钢柱、 L型连接件、 两侧的可更换抗侧耗能装置和自复位装置组成； 该可抗弯铰接柱脚是基于损伤控制、 耗能元件可更换、 弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分 说明书 1/4 页 3 CN 109898743 A 3 离等设计理念提出。

10、来的， 旨在实现在大转角下， 柱脚域各构件分离承力， 既能提供足够的侧 向刚度， 又能将塑性损伤集中于可更换的抗侧耗能装置上， 达到震后只需更换抗侧耗能装 置即可恢复柱脚节点使用功能的目的； 该可抗弯铰接柱脚避免了传统抗弯刚接柱脚节点在 大层间位移角下柱脚严重塑性损伤且不易更换， 传统铰接柱脚节点可实现大转角但不可承 受弯矩等突出问题； 所述的方形钢柱通过L形连接件和高强螺栓与基础连接， 由于L形连接 件抗弯能力较差， 柱脚具有一定的转动能力， 为半刚性连接， 可将其视为铰接柱脚； 所述的 可更换抗侧耗能装置由BRB、 竖向连接件及基础底板组成； 抗侧耗能装置与方形钢柱通过高 强螺栓、 连接副。

11、或单边螺栓连接， 实现弯矩调幅和水平抗侧分离的目的； 基础底板固接于基 础； BRB铰接于竖向连接件和基础底板之间， 将由柱传递至抗侧耗能装置的侧向荷载转化为 对BRB施加的轴向荷载， 充分发挥BRB构件的耗能能力， 既保证了该装置抗侧耗能功效的充 分发挥， 又能将损伤控制在BRB上， 确保柱脚不发生破坏； 所述的自复位装置由环形锚固工 装和四根预应力拉索组成； 环形锚固工装由两块环形钢板以100200mm的间距焊接于方形 钢柱而成， 环形锚固工装水平方向中轴位于方形钢柱柱中上下100mm范围内， 环形锚固工装 设有加劲肋； 在环形锚固工装四角各设置一根预应力拉索， 共四根， 预应力拉索另一端。

12、锚固 于基础， 柱脚发生转角时总有一半数量的拉索收紧， 外荷载卸载后牵拉柱身至原位。 0009 所述的方形钢柱在适当高度处两侧均设有可更换抗侧耗能装置， 方形钢柱通过L 型连接件及高强螺栓与基础固接相连， BRB通过基础底板及高强螺栓与基础固接相连， 进而 可以抵抗平面内弯矩， 并实现弯矩调幅， 解决了铰接柱脚抗侧向能力不足的问题。 0010 所述的BRB具有优秀的耗能能力， 可以避免塑性破坏发生在节点连接处， 实现塑性 损伤控制。 0011 所述的抗侧耗能装置亦可通过套筒与柱进行连接。 套筒由两个U形槽钢构件通过 高强螺栓拼接而成， 代替竖向连接件。 0012 本专利的优点主要表现在以下几个。

13、方面： 0013 (1)弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离。 底柱柱脚与基础通过L型连接件连接， 可视为铰接柱脚， 在地震作用下柱主要承受轴力， 释放弯矩； 主要抗侧工作由BRB承担。 0014 (2)损伤控制。 实现弯矩调幅及竖向承载和水平抗侧分离后， 由于BRB具有优秀的 变形耗能能力， 可以将损伤控制在BRB上， 避免柱脚受弯破坏。 0015 (3)耗能元件可更换。 由于实现了内力分离抵抗与损伤控制， 震后柱的功能完好， 无需替换， 损伤的BRB与柱之间通过螺栓连接(套筒通过螺栓完成拼接)， 拆卸方便， 直接更 换BRB后柱脚节点整体的功能恢复， 完成震后恢复工作。 0016 (4)水平抗。

14、侧双保险。 当柱脚受侧向荷载作用出现小转角时， 拉紧的拉索会对钢柱 产生牵引作用， 对侧向荷载的影响产生有效抵抗， 为铰接柱脚提供抗侧能力， 有效分担抗侧 耗能装置的抗侧工作， 进而可以选择满足设计要求但尺寸较小、 强度较低的抗侧耗能装置， 提高了结构的经济性； 当震后抗侧耗能装置丧失功能需要更换时， 在预应力拉索的抗侧作 用下， 铰接柱脚仍具备一定的抗侧能力， 不至于在修复过程中出现柱脚失稳的情况， 提高了 安全性和工作效率。 0017 (5)自复位功能。 当柱脚出现转角时， 拉紧的拉索会对钢柱产生牵引作用， 在这种 作用下， 出现转角的柱脚会被牵引至原位， 实现自复位， 若在地震作用下出现。

15、了较大转角， 抗侧耗能装置已损坏， 柱脚无法实现自复位时， 拆除已变形的抗侧装置后， 不受抗侧装置约 说明书 2/4 页 4 CN 109898743 A 4 束的柱脚仍会在预应力拉索作用下恢复至原位， 保证安全性的同时便于后续修复工作进 行。 0018 (6)所述的节点设计融合了传统铰接柱与传统刚接柱的优点， 柱底与基础铰接释 放弯矩， 对柱形成有效保护， 使用BRB抵抗剪力， 从而提高侧向刚度， 使得该节点设计在实际 应用中可以达到传统刚接柱的效果， 且震后柱脚区域不发生塑性破坏， 仍具备良好的承载 能力， 仅需更换BRB构件即可恢复功能。 附图说明 0019 图1为一种附加可更换斜向抗侧。

16、BRB的自复位L型件连接柱脚节点的装配三维图； 0020 图2为一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点的装配拆分图； 0021 图3为一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点的正视图； 0022 图4为一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点在使用套筒连接 形式下的装配三维图； 0023 图5为套筒拆分详图。 具体实施方式 0024 下面结合附图15， 详细说明本专利的实施方式。 0025 如图15所示， 一种模块化设计的可恢复功能屈曲约束装配式梁柱组合节点包括 以下部件： 0026 1方形钢柱； 0027 2L型连接件； 0028 3抗侧耗能装置；。

17、 0029 4高强螺栓； 0030 5BRB； 0031 6竖向连接件； 0032 7基础底板； 0033 8连接套筒； 0034 9U形槽钢构件； 0035 10环形锚固工装； 0036 11预应力拉索。 0037 如图15所示， 一种附加可更换斜向抗侧BRB的自复位L型件连接柱脚节点， 其特 征在于： 该可抗弯铰接柱脚节点由方形钢柱(1)、 L型连接件(2)、 两侧的可更换抗侧耗能装 置(3)和自复位装置组成； 所述的L型连接件通过高强螺栓(4)在方形钢柱柱脚处每边各安 装一个， 共四个， 安装完成后方形钢柱下缘与L型连接件水平部分下表面平齐， 之后使用高 强螺栓将L型连接件与基础连接， 。

18、该连接方式下的柱脚不具备抗侧能力， 即为传统的铰接柱 脚； 所述的可更换抗侧耗能装置由BRB(5)、 竖向连接件(6)及基础底板(7)组成； BRB铰接于 竖向连接件和基础底板之间， 将由柱传递至抗侧耗能装置的侧向荷载转化为对BRB施加的 轴向荷载； 抗侧耗能装置与方形钢柱通过高强螺栓、 连接副或单边螺栓连接， 连接处位于柱 高1/3处， 基础底板固接于基础； 所述的自复位装置由环形锚固工装(10)和四根预应力拉索 说明书 3/4 页 5 CN 109898743 A 5 (11)组成； 环形锚固工装由两块环形钢板以100200mm的间距焊接于方形钢柱而成， 环形 锚固工装水平方向中轴位于方形。

19、钢柱柱中上下100mm范围内， 环形锚固工装设有加劲肋； 在 环形锚固工装四角各设置一根预应力拉索， 共四根， 预应力拉索另一端锚固于基础； 当要求 方形钢柱主体部分完整， 不允许开孔时， 抗侧耗能装置通过连接套筒(8)与方形钢柱连接； 连接套筒由两个U型槽钢构件(9)对接并通过高强螺栓固定而成， 竖向连接件的铰接接头直 接焊接于U型槽钢构件， 即以U型槽钢构件代替原竖向连接件。 说明书 4/4 页 6 CN 109898743 A 6 图1 说明书附图 1/4 页 7 CN 109898743 A 7 图2 说明书附图 2/4 页 8 CN 109898743 A 8 图3 说明书附图 3/4 页 9 CN 109898743 A 9 图4 图5 说明书附图 4/4 页 10 CN 109898743 A 10 。