双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点

本发明涉及建筑结构，尤其是预制装配式结构，具体涉及一种双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点。

背景技术：

1、钢框架作为一种重要的抗侧结构，被广泛应用于地震多发地区，柱脚连接节点在整体框架中起到将上部结构的荷载传递到基础的重要作用。依据传统设计理念设计的柱脚连接节点，受到地震作用后往往会出现不可逆转的塑性变形。这种延性设计理念通过结构的塑性变形来耗散地震能，以不可逆转的塑性变形为代价，确保整体结构的安全。但依据传统延性设计理念设计的结构，在震后难以修复，建筑物结构功能不连续，往往会造成较为严重的经济损失，不符合当下可持续发展的理念。

2、基于可更换理念设计的柱脚连接节点，通过设置易于更换的元件，将不可逆转的塑性损伤控制在易于更换的元件上，并通过合理设计使易于更换的元件耗散大部分能量。以此理念设计的柱脚连接节点，可以有效保护结构主体不受损伤，震后仅需替换元件，即可实现建筑物的快速修复，有效减少了建筑功能中断时间，减少了修复成本。

3、自上世纪90年代，运用于建筑的自复位技术被首次提出后，其被广泛运用于柱脚连接节点、支撑、剪力墙中。自复位装配式柱脚连接节点不同于传统的刚接柱脚连接节点，它允许柱底在一定程度上发生转动，并通过自复位力来消除柱底转角，并配置相应的耗能元件来耗散能量。运用这种技术的柱脚连接节点可有效避免传统柱脚连接节点震后产生不可逆转的塑性变形的问题，并通过更换耗能元件来达到建筑结构功能连续的目标。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足和启示，本发明提供了一种双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点，通过合理设计，该节点在小、中震下保持弹性，无需修缮即可继续使用；在大震和超大震下主体结构保持弹性，通过更换耗能组件实现建筑结构功能的连续。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明首先一方面提供一种双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点，包括：钢柱，为工字型/h型；地梁，为工字型/h型，所述钢柱设置在地梁上并与地梁连接固定；两套弯剪复合耗能阻尼装置，在所述钢柱与地梁的连接处通过螺栓对置地连接于钢柱的腹板两侧，同时与所述地梁的上翼缘通过螺栓连接；两套拉剪复合耗能阻尼装置，在所述钢柱与地梁的连接处通过螺栓对置地连接于所述钢柱的左右翼缘，同时与所述地梁的上翼缘通过螺栓连接；两套自复位装置，包括预应力索和两组预应力工装，两组所述预应力工装分别对置地固定于所述地梁和所述钢柱的腹板两侧，所述预应力索两端锚固于所述预应力工装。在本发明提供的双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点中，利用弯剪复合耗能阻尼装置、拉剪复合耗能阻尼装置形成双保险耗能机制，两种通过不同受力机制耗能的阻尼器可以有效避免单一阻尼器失效导致整体结构失效的缺点，使得整体结构趋于安全。结合自复位功能，允许节点处产生受限的转角，震后可利用预应力索提供的自复位力将柱身恢复原位，消除转角。

4、在一些实施例中，所述弯剪复合耗能阻尼装置为m形，包括：两个u型弯剪复合耗能组件，在所述钢柱的左右翼缘之间并行布置呈m形，并且两个u型弯剪复合耗能组件相互远离的一侧均开设有螺栓孔，所述钢柱的左右翼缘对应开设有螺栓孔，所述两个u型弯剪复合耗能组件通过高强螺栓群与所述钢柱的左右翼缘连接；中间连接件，设置于两个u型弯剪复合耗能组件相互靠近的一侧之间，分别与两个u型弯剪复合耗能组件连接固定，并且所述中间连接件通过高强螺栓群与所述钢柱和所述地梁连接。本发明提供的弯剪复合耗能阻尼装置，能够在节点变形时充分发挥弯曲-剪切耗能作用，确保弯剪耗能机制的稳定实现。

5、在一些实施例中，所述u型弯剪复合耗能组件包括：一个u型连接件，由左右翼缘和弧形腹板构成；一个内剪切板，设置于所述u型连接件的左右翼缘之间，并且所述内剪切板仅与所述u型连接件的左右翼缘焊接连接。

6、在一些实施例中，所述u型连接件的左右翼缘不等长，靠近所述钢柱翼缘的翼缘缩短。

7、在一些实施例中，所述u型连接件的翼缘缩短处设置垫板条，使得短翼缘长度与长翼缘齐平，并且所述垫板条与钢柱的翼缘内侧焊接固定，与短翼缘不固定。

8、在一些实施例中，所述中间连接件为槽钢连接件，由上下翼缘和腹板构成，槽钢连接件的腹板以及靠近所述地梁一侧的翼缘均开设有螺栓孔，所述钢柱的腹板对应开设有螺栓孔，所述地梁的翼缘亦对应开设有螺栓孔，槽钢连接件通过高强螺栓群与所述钢柱和地梁连接。

9、在一些实施例中，所述拉剪复合耗能阻尼装置包括：一个l形拉压耗能板，l形一肢通过高强螺栓群与所述钢柱的翼缘连接，l形另一肢通过高强螺栓群与所述地梁的翼缘连接；一个折形剪切耗能件，折形一端固定于所述l形拉压耗能板的l形一肢，折形另一端固定于所述l形拉压耗能板的l形另一肢。本发明提供的拉剪复合耗能阻尼装置，能够在节点变形时充分发挥拉压-剪切耗能作用，确保拉剪耗能机制的稳定实现。

10、在一些实施例中，所述l形拉压耗能板与钢柱的翼缘连接的一肢两侧边开设狗骨削弱形缺口，形成i形板，i形板中间等距开设有条形槽。

11、在一些实施例中，所述折形剪切耗能件为τ形，包括：两个i形剪切板，平行对置布置；多块肋板，等间距两两对称焊接在两个i形剪切板的腹板前后两侧；一个h形连接板，焊接固定于两个i形剪切板的上端，同时与所述l形拉压耗能板的一肢焊接固定，两个i形剪切板的下端与所述l形拉压耗能板的另一肢焊接固定。

12、在一些实施例中，所述折形剪切耗能件为f形，包括：两个f形剪切板，平行对置布置；多块肋板，等间距两两对称焊接在两个f形剪切板的腹板前后两侧，以及两个f形剪切板的翼缘上下两侧；并且两个f形剪切板翼缘一端与所述l形拉压耗能板的一肢焊接固定，腹板一端与所述l形拉压耗能板的另一肢焊接固定。

13、本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供的一种双保险协同复合耗能的自复位装配式钢结构柱脚连接节点，能够很好地应对地震作用，并在震后通过更换耗能组件实现建筑结构功能的连续。具体而言，至少能够实现如下有益效果：

14、(1)双保险耗能机制：利用m形弯剪复合耗能阻尼装置、口字型(日字型)拉剪复合耗能阻尼装置形成双保险耗能机制，两种通过不同受力机制耗能的阻尼器可以有效避免单一阻尼器失效导致整体结构失效的缺点，使得整体结构趋于安全。

15、(2)自复位功能：柱脚连接节点半刚接，不同于刚接节点完全不能转动，亦不同于铰接节点允许转动而抗侧能力不足，其在钢柱柱底截面形成摇摆界面，允许产生受限的柱底转角，受到地震作用柱身摇摆时，可利用预应力索提供的自复位力将柱身恢复原位，消除转角。在小、中震下不需修复便可继续使用，大震和超大震下利用自复位装置将柱身恢复至竖直状态，有利于结构快速恢复功能。

16、(3)塑性损伤控制：通过合理设计的m形弯剪复合耗能阻尼装置、口字型(日字型)拉剪复合耗能阻尼装置的形状、阻尼参数，可以将塑性变形有效控制在两种阻尼装置上，使主体结构免遭损伤，震后仅需更换破坏的阻尼装置即可实现快速恢复结构功能的目标。

17、(4)耗能元件可更换：m形弯剪复合耗能阻尼装置、口字型(或日字型)拉剪复合耗能阻尼装置各为一个整体，若产生了不可逆转的塑性变形，可通过放松连接螺栓，将两种阻尼装置整体替换。这种设计极大程度提高了修复速度，同时便于现场施工操作。

18、(5)柱脚连接节点可应用于多种场景，如轻型工业厂房、多高层钢框架体系、框架-剪力墙体系或框架-支撑体系中，并且能兼顾承载力、耗能能力和外立面美观。

19、应当理解，本发明任一实施方式的实现并不意味要同时具备或达到上述有益效果的多个或全部。