CN105297920A - 一种重型木框架自复位节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重型木框架梁柱自复位节点，包括木梁、木柱、梁端耗能型钢、节点区柱加强钢板和预应力筋，木梁与木柱直接采用型钢和普通螺栓连接，预应力筋贯穿木梁纵向，并贯穿木柱，在木柱背对木梁的一端通过锚具、碟形弹簧和锚垫板固定。本发明具有较高的抗弯能力和耗能能力，中震或大震下，梁端一侧压应力消失，梁端发生张开，梁端耗能型钢传递剪力并提供转动刚度，结构出现大变形但不破坏，预应力筋始终处于弹性状态，地震作用过后，木梁和木柱没有破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，梁端回到初始状态，达到小震下结构稳定，大震下结构出现大变形但不破坏，震后结构自复位的理想效果。在长期使用过程中，通过在锚固端设置蝶形弹簧缓解木材徐变造成的预应力损失问题。

Description

一种重型木框架自复位节点

技术领域

本发明主要属于土木工程领域，涉及一种重型木框架梁柱节点，主要（但不排他地）用于新建木框架结构梁柱节点。

背景技术

重型木框架体系是一种在世界各国广泛使用的结构形式，采用间距较大且横截面也较大的木构件组成，是建造木结构房屋时将建筑功能和木材美感结合的基本方法。适用于建造住宅、图书馆、体育馆、火车站、购物中心、展览馆、博物馆、音乐厅等商业和公共建筑。重型木框架体系具有如下一些结构优势：设计灵活、建造简便快捷、抗风性能好、耐久性好、节能环保、舒适美观。重型木框架的诸多优点表明其在我国具有广阔的应用前景。

重型木框架的梁和柱主要采用螺栓-钢填板连接或自攻螺钉连接方式，具有较好的抗震性能，但是在使用过程中也发现如下一些问题：

1）在地震作用下，重型木框架梁柱节点的破坏模式往往具有不可预测性，当木材进入塑性后难以修复，结构产生较大残余变形，虽然能在一定程度上保证使用者的安全，但是地震之后结构往往无法再次使用，造成了很大经济损失。

2）常用重型木框架梁柱节点形式刚度较小，在结构设计中按铰接节点设计，节点刚度的不足是重型木框架结构的一个制约因素，尤其是对多层重型木框架结构需要设置大量支撑，从一定程度上影响了结构的美观，也使得其建筑使用性能大打折扣。

3）常用的预应力木构件很少考虑木材徐变的影响，木材徐变造成的预应力损失是在预应力重型木框架结构使用中不容忽视的问题。

可恢复功能结构是一种新型的减震控制结构，自复位结构是可恢复功能结构体系的重要内容。放松梁柱节点区构件间约束，使结构构件接触面处仅有受压能力而无受拉能力。在小震作用下，因预应力作用，梁柱节点等同于固接节点。结构在中震、大震作用下发生摇摆，通过预应力使结构复位。这种新型结构体系能有效减小结构的震后残余变形。

发明内容

本发明的目的在于提出一种重型木框架自复位节点，以解决目前重型木框架梁柱节点的抗震性能和刚度的不足，采用自复位梁柱节点的重型木框架具有较好的抗震性能和震后功能可恢复性能，在小震下，梁柱节点与固接节点相同，中震或大震下，梁端一侧压应力消失，梁端发生张开，梁端耗能型钢传递剪力并提供转动刚度，结构出现大变形但不破坏，预应力筋始终处于弹性状态，地震作用过后，木梁和木柱没有破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，梁端回到初始状态，结构损伤位置控制在梁端耗能型钢中，经过更换梁端耗能型钢，结构能够快速恢复使用。

本发明采用的技术方案为：

一种重型木框架自复位节点，由木梁、木柱、梁端耗能型钢、木柱加强钢板、预应力筋、锚具、锚垫板和碟形弹簧组成，其中：所述木柱一侧与木梁一端通过梁端耗能型钢和螺栓连接，木梁与木柱连接处设有木柱加强钢板，木梁纵向开有直线孔道，所述直线孔道贯穿于木柱加强钢板和木柱，预应力筋一端穿过该直线孔道，另一端伸出于木柱另一侧外，预应力筋伸出木柱端通过锚具和锚垫板固定于木柱另一侧；在中震或大震下，木梁梁端一侧压应力消失，梁端发生张开，梁端耗能型钢传递剪力并提供转动刚度，结构出现大变形但不破坏，预应力筋始终处于弹性状态，地震作用过后，木梁和木柱没有破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，木梁梁端回到初始状态，结构损伤位置控制在梁端耗能型钢中，更换梁端耗能型钢，结构能够快速恢复使用。

本发明中，所用木梁和木柱横截面为方形或矩形。

本发明中，所述木梁和木柱材质为原木、锯材、胶合木、单板层积材、平行木片胶合木或层叠木片胶合木中的一种。

本发明中，所述梁端耗能型钢为采用T型钢、角钢、其他国标型钢的一种和螺栓连接。

本发明中，所述木柱加强钢板为普通钢板。

本发明中，所述预应力筋为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP、GFRP筋中的一种。

本发明中，所述预应力筋在锚固端加装碟形弹簧。

本发明中，所用锚垫板采用钢板，直接接触固定于木柱表面。

本发明中，所述的锚具选用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中任一种。

本发明的有益效果：采用本发明提供的重型木框架梁柱自复位节点，正常使用状态下，梁柱节点可按照刚接节点进行设计使用；在小震下，梁柱节点与固接节点相同，中震或大震下，梁端一侧压应力消失，梁端发生张开，梁端耗能型钢传递剪力并提供转动刚度，结构出现大变形但不破坏，预应力筋始终处于弹性状态，地震作用过后，木梁和木柱没有破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，梁端回到初始状态，结构损伤位置控制在梁端耗能型钢中，木梁和木柱及其他非耗能构件不出现影响结构使用的明显破坏，经过更换梁端耗能型钢，结构能够快速恢复使用。

本发明的预应力筋由于在锚固端使用了碟形弹簧，木材发生徐变之后，预应力筋中的预应力不会产生较大的损失。因为端部加装碟形弹簧，在预应力筋张拉过程中，碟形弹簧受到压缩，当木材发生徐变后，蝶形弹簧恢复部分压缩变形而其内力基本保持不变，预应力筋松弛较小，故可在木材发生徐变时避免预应力筋中的预应力产生较大损失。

本发明中的梁端耗能型钢可以替换，检修方便，避免了震后节点区不可逆破坏造成结构大修，甚至更换主要结构构件的问题，从技术上解决了重型木框架结构梁柱节点震后难于修复的问题，大大降低了重型木框架结构震后维修的成本，提高了重型木框架结构的推广价值，提高了其在高烈度抗震设防区的实用性和经济性。

附图说明

图1为本发明重型木框架自复位节点的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为在木梁中开设的孔道示意图；

图5为本发明柱锚固端构造立面详图。

图中标号：１为木梁、２为木柱、３为预应力筋、４为梁端耗能型钢、５为木柱加强钢板、６为螺栓、７为锚垫板、８为碟形弹簧、９为锚具、10为孔道、11为钢垫板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做详细的说明。

实施例1：

如图1、2和3所示，是一种重型木框架梁柱自复位节点，包括木梁1、木柱2、预应力筋3、梁端耗能型钢4、木柱加强钢板5、螺栓6，所述木梁1和木柱2通过梁端耗能型钢以螺栓6连接，所述预应力筋沿木梁纵向贯穿木梁1，并沿木柱横向贯穿木柱2，预应力筋3的锚固端在木柱2远离木梁1的背面，通过锚垫板7、碟形弹簧8和锚具9锚固。

所述木梁1和木柱2的横截面形状可为矩形或者方形。

所述木梁1和木柱2材质为原木、锯材、胶合木、单板层积材、平行木片胶合木或层叠木片胶合木中的一种。

所述预应力筋3为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP、GFRP筋中的一种。

所述梁端耗能型钢为采用T型钢、角钢、其他国标型钢的一种通过螺栓连接，如图1、图2所示，木柱加强钢板5固定于木柱靠近木梁1的一侧，通过螺栓与梁端耗能型钢4连接在一起。

所述锚垫板7为钢板，直接固定于木柱表面。

所述碟形弹簧8采用市场常用的型号。

所述锚具9采用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中的一种。本发明的工作原理是：

梁柱节点由自复位系统和耗能系统组成，本发明设置预应力筋作为自复位系统，设置国标型钢作为耗能系统。

本发明在梁端设置国标型钢，一个作用是保护梁端头木材不发生局部破坏，另一个作用是在大震作用下，通过设计使型钢能产生塑性变形，有效耗能。在木梁柱节点中设置预应力筋，增加了节点的整体刚度，且在大震作用下，预应力筋处于弹性阶段，震后可提供节点自复位驱动，使得节点大部分残余变形消失，结构快速恢复到震前状态。

本发明采用了碟形弹簧，防止在长期使用状态下，由于木材徐变造成的预应力损失，增强了结构的耐久性。在木柱靠近木梁的一侧设置木柱加强钢板，防止大震作用时，木梁摇摆对木材产生横纹压溃破坏。

在此做出说明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明的具体实施方法和细节上做出一些处理，而这些处理和改变都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种重型木框架自复位节点，由木梁、木柱、梁端耗能型钢、木柱加强钢板、预应力筋、锚具、锚垫板和碟形弹簧组成，其特征在于：所述木柱一侧与木梁一端通过梁端耗能型钢和螺栓连接，木梁与木柱连接处设有木柱加强钢板，木梁纵向开有直线孔道，所述直线孔道贯穿于木柱加强钢板和木柱，预应力筋一端穿过该直线孔道，另一端伸出于木柱另一侧外，预应力筋伸出木柱端通过锚具和锚垫板固定于木柱另一侧；在中震或大震下，木梁梁端一侧压应力消失，梁端发生张开，梁端耗能型钢传递剪力并提供转动刚度，结构出现大变形但不破坏，预应力筋始终处于弹性状态，地震作用过后，木梁和木柱没有破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，木梁梁端回到初始状态，结构损伤位置控制在梁端耗能型钢中，更换梁端耗能型钢，结构能够快速恢复使用。

2.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所用木梁和木柱横截面为方形或矩形。

3.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述木梁和木柱材质为原木、锯材、胶合木、单板层积材、平行木片胶合木或层叠木片胶合木中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述梁端耗能型钢为采用T型钢、角钢、其他国标型钢的一种和螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述木柱加强钢板为普通钢板。

6.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述预应力筋为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP、GFRP筋中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述预应力筋在锚固端加装碟形弹簧。

8.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所用锚垫板采用钢板，直接接触固定于木柱表面。

9.根据权利要求1所述的一种自复位木框架梁柱节点，其特征在于：所述的锚具选用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中任一种。