CN107386464A - 一种木梁‑钢柱节点强化连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种木梁‑钢柱节点强化连接结构，包括钢柱和连接在所述钢柱侧壁上的木梁，所述木梁上与所述钢柱相连的端部表面上缠绕有若干层FRP布，且所述FRP布的纤维延伸方向垂直于所述木梁的顺纹方向。本发明所公开的木梁‑钢柱节点强化连接结构，在木梁端部缠绕多层FRP布，利用FRP布的超强抗拉性能约束木梁端部以提高木梁端部的抗压、抗剪切等性能，对木梁的端部以及梁‑柱节点区域起到了结构强度增强效果，整体而言，木梁端部的抗拉压和抗剪切性能均得到增强，足够将其端部的受力性能提高到与木梁跨中部位的受力性能相同水平，因此能够避免木梁端部过早发生剪切破坏，提高木梁端部的抗剪切性能，充分发挥木梁的整体受力性能。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种木梁-钢柱节点强化连接结构。
背景技术
随着中国土木工程的发展，越来越多的土木设施已得到修建。
国内各地区新建的旅游建筑，除了一部分使用纯木材料对古建筑的原貌进行修复以外，大都参照古建筑的外形形式，建造成仿古建筑。这些仿古建筑内部的承重体系大都采用钢结构，为了满足建筑学上的审美需求，梁构件一般采用木材。此外，园林景观、高层建筑中的仿古部分也经常采用木梁-钢柱的结构形式。
由于木材各方向受力性能不一且远逊于钢材，其在作为梁构件与钢柱连接时，传统的螺栓连接使木梁端部节点处与螺栓接触的木材部位极易发生顺纹剪切破坏，而其跨中部位的木材远未达到材料极限，承载能力存在大量富余。钢材属于各项同性体，并且塑性性能很好，钢节点一般不须考虑剪切破坏的问题。木节点一般采用榫卯连接方式，连接处的各柱端梁端均采用木材，巧妙的连接方式能够充分利用木材受力性能并兼具良好的抗震性能。然而木材各方向受力性能不一且远逊于钢材，采用木梁与钢柱连接时通常需使用螺栓连接，木梁端部受到复杂应力作用，容易在其受力性能薄弱处提早发生破坏，尤其容易发生顺纹剪切破坏，而此时木梁的其它部位受力性能基本没有充分发挥，对结构不利。并且，焊接的方式不适用于木梁-钢柱节点，增加木梁端部螺栓连接的数量不能太多，否则起到反效果，使木梁端部更加脆弱，对节点受力性能更加不利，传统的增大截面法等方法对解决木梁-钢柱节点中木梁端部提早破坏的问题无效果。
因此，如何防止木梁-钢柱节点中的木梁端部过早发生剪切破坏，提高木梁端部的抗剪切性能，充分发挥木梁受力性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种木梁-钢柱节点强化连接结构，能够防止木梁-钢柱节点中的木梁端部过早发生剪切破坏，提高木梁端部的抗剪切性能，改善木梁-钢柱节点的受力性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种木梁-钢柱节点强化连接结构，包括钢柱和连接在所述钢柱侧壁上的木梁，所述木梁上与所述钢柱相连的端部表面上连续缠绕粘贴有若干层FRP布，且所述FRP布的纤维延伸方向垂直于所述木梁的顺纹方向。
优选地，各层所述FRP布连续缠绕粘贴所述木梁的范围为所述木梁长度的10％～20％，且大于或等于所述木梁截面高度的1.2倍。
优选地，还包括架设在所述钢柱的侧壁与所述木梁的顶面之间以及所述钢柱的侧壁与所述木梁的底面之间、用于加强所述钢柱与木梁间连接强度的连接拐件。
优选地，各所述连接拐件均包括与所述钢柱的侧壁紧贴的第一贴板，以及与所述第一贴板相连并与所述木梁的顶面或底面紧贴的第二贴板，且所述第一贴板与所述钢柱的侧壁之间以及所述第二贴板与所述木梁的顶面或底面之间通过第一紧固件固定。
优选地，所述第一紧固件垂向贯穿所述木梁，并同时将其顶面和底面上的所述第二贴板连接拉紧。
优选地，所述第二贴板上设置有用于夹紧所述木梁两侧面的安装槽。
优选地，还包括倾斜连接于所述第一贴板与第二贴板之间、用于提高所述连接拐件对所述木梁的支撑强度的加强杆。
优选地，还包括紧贴在所述木梁的顶面或底面上的盖板，以及若干个分布于所述盖板上、用于将其与所述木梁固定的第二紧固件。
本发明所提供的木梁-钢柱节点强化连接结构，主要包括钢柱、木梁和FRP(FiberReinforced Plastic，纤维增强复合材料)布。其中，钢柱一般立设在地面上，用于承重，木梁连接在钢柱的侧壁上，一般水平设置。FRP布连续缠绕粘贴在木梁上与钢柱相连的端部表面，可同时连续缠绕粘贴多层，并且，FRP布的纤维延伸方向垂直于木梁的顺纹方向。如此，本发明在钢柱与木梁端部连接的基础上，在木梁端部连续缠绕粘贴多层FRP布，利用FRP布的超强抗拉性能约束木梁端部以提高木梁端部的抗压、抗剪切等性能，对木梁的端部以及梁-柱节点区域起到了结构强度增强效果，整体而言，木梁端部的抗拉压和抗剪切性能均得到增强，足够将其端部的受力性能提高到与木梁跨中部位的受力性能相同水平，因此能够避免木梁端部过早发生剪切破坏，提高木梁端部的抗剪切性能，充分发挥木梁的整体受力性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1中所示的连接拐件的具体结构示意图。
其中，图1—图3中：
钢柱—1，木梁—2，FRP布—3，连接拐件—4，第一贴板—401，第二贴板—402，安装槽—403，第一紧固件—5，加强杆—6，盖板—7，第二紧固件—8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的俯视图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，木梁2-钢柱1节点强化连接结构主要包括钢柱1、木梁2和FRP布3。
其中，钢柱1一般立设在地面上，用于承重，并且钢柱1可并列设置多根。木梁2连接在钢柱1的侧壁上，在相邻两根钢柱1之间，木梁2一般水平连接在该两根钢柱1之间。FRP布3缠绕在木梁2上与钢柱1相连的端部表面，可同时连续缠绕粘贴多层，并且，FRP布3的纤维延伸方向垂直于木梁2的顺纹方向。该FRP布3的材质是由纤维材料与基体材料(树脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料，其抗拉强度高，且明显高于钢筋，与高强钢丝抗拉强度差不多，一般是钢筋的2～10倍。
如此，本实施例在钢柱1与木梁2端部连接的基础上，在木梁2端部连续缠绕粘贴多层FRP布3，利用FRP布3的超强抗拉性能和较强抗压、抗剪切性能，为木梁2端部分担一部分受力，对木梁2的端部起到了结构强度增强效果，整体而言，木梁2端部的抗拉压、抗剪切性能以及木梁-钢柱节点的受力性能均得到增强，足够将其端部的受力性能提高到与木梁2跨中部位的受力性能相同水平，因此能够避免木梁2端部过早发生剪切破坏，提高木梁2端部的抗剪切性能，充分发挥木梁2的整体受力性能，改善木梁-钢柱节点的受力性能。
具体的，考虑到木梁2易发生顺纹剪切破坏的部分集中在木梁2与钢柱1相连的端部，因此，可将FRP布3可缠绕在木梁2端部的一定宽度范围内，该缠绕宽度具体可为木梁2长度的10％～20％，且不应小于所述木梁(2)截面高度1.2倍。当然，为进一步加强对木梁2端部抗剪切性能的提升，FRP布3可在木梁2的端部缠绕多层，比如4～8层等。
另外，为提高木梁2的端部与钢柱1的连接稳定性，本实施例在钢柱1与木梁2之间增设了连接拐件4。具体的，该连接拐件4同时架设在钢柱1的侧壁与木梁2的顶面之间，以及钢柱1的侧壁与木梁2的底面之间，主要用于通过连接拐件4对两者的分别连接加强钢柱1与木梁2的连接强度。
如图3所示，图3为图1中所示的连接拐件的具体结构示意图。
在关于连接拐件4的一种优选实施方式中，该连接拐件4具体可包括第一贴板401和第二贴板402。一般的，该第一贴板401和第二贴板402可互相垂直、互相连接，并且第一贴板401主要用于与钢柱1的侧壁紧贴，而第二贴板402主要用于与木梁2的顶面或底面紧贴。并且通过第一紧固件5将第一贴板401与钢柱1的侧壁紧固，同时将第二贴板402与木梁2的顶面或底面紧固。
进一步的，为提高连接拐件4与木梁2之间的连接稳定性，本实施例中将木梁2的顶面与底面之间开设通孔并垂向贯穿，并通过长度稍大于木梁2高度的第一紧固件5完全插入到该通孔中，如此第一紧固件5的两端分别露出木梁2的顶面或底面，此时第一紧固件5可同时将分别紧贴在木梁2顶面和底面上的第二贴板402拉紧固定。
更进一步的，本实施例在第二贴板402上还设置了用于夹紧木梁2两侧面的安装槽403。如此设置，当第二贴板402与木梁2的顶面或底面紧贴时，还可通过将木梁2的上部分或下部分直接插入到该安装槽403内，使得木梁2的两侧面与安装槽403的两侧内表面紧贴，从而夹紧木梁2的上部分或下部分。
不仅如此，考虑到连接在钢柱1的侧壁与木梁2的底面之间的连接拐件4，不仅需要提高两者间的连接强度，还需要同时承担部分木梁2的重量。针对此，本实施例在该连接拐件4的第一贴板401与第二贴板402之间倾斜连接了加强杆6。通过该加强杆6的设置，使得第一贴板401、加强杆6与第二贴板402之间形成了三角形稳定结构，大幅提高了连接拐件4对木梁2的支撑稳定性。当然，设置在钢柱1的侧壁与木梁2的表面之间的连接拐件4上也同样可设置加强杆6。
综上，本实施例中在木梁2与钢柱1之间增设的连接拐件4，相当于对木梁2的保险措施，因此即使木梁2的端部受到破坏，也不会立即丧失构件抗力，反而通过两个连接拐件4对木梁2的包裹和承托，使得木梁2的端部从固定支座转变为铰支座，可以继续承担大部分载荷，并顺利将载荷传递到钢柱1上。
此外，考虑到木梁2的端部为与连接拐件4相连，设置有与第一紧固件5相配合的贯通通孔，而木梁2上该通孔一侧的局部受压应力较大，为避免木梁2在设施贯通通孔的部位发生受压顺纹破坏，本实施例在木梁2的顶面或底面上紧贴设置了盖板7，同时在该盖板7上开设了若干个通孔，并通过与各通孔配合的第二紧固件8固定在木梁2上。具体的，该盖板7具体可为钢板等，并且可在盖板7上开设4～8个通孔，同时第二紧固件8具体可为螺栓等。与第一紧固件5不同的是，该第二紧固件8的长度一般小于木梁2高度的一般，即与木梁2之间为非贯通安装。如此设置，通过第二紧固件8与盖板7的配合，能将第一紧固件5对木梁2端部贯通通孔一侧的挤压应力通过盖板7有效传递分担至各个第二紧固件8上，防止木梁2端部设置有贯通通孔的一侧因局部受压应力过大而发生顺纹破坏。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，包括钢柱(1)和连接在所述钢柱(1)侧壁上的木梁(2)，所述木梁(2)上与所述钢柱(1)相连的端部表面上连续缠绕粘贴有若干层FRP布(3)，且所述FRP布(3)的纤维延伸方向垂直于所述木梁(2)的顺纹方向。
2.根据权利要求1所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，各层所述FRP布(3)连续缠绕粘贴所述木梁(2)的范围为所述木梁(2)长度的10％～20％，且大于或等于所述木梁(2)截面高度的1.2倍。
3.根据权利要求2所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，还包括架设在所述钢柱(1)的侧壁与所述木梁(2)的顶面之间以及所述钢柱(1)的侧壁与所述木梁(2)的底面之间、用于加强所述钢柱(1)与木梁(2)间连接强度的连接拐件(4)。
4.根据权利要求3所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，各所述连接拐件(4)均包括与所述钢柱(1)的侧壁紧贴的第一贴板(401)，以及与所述第一贴板(401)相连并与所述木梁(2)的顶面或底面紧贴的第二贴板(402)，且所述第一贴板(401)与所述钢柱(1)的侧壁之间以及所述第二贴板(402)与所述木梁(2)的顶面或底面之间通过第一紧固件(5)固定。
5.根据权利要求4所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，所述第一紧固件(5)垂向贯穿所述木梁(2)，并同时将其顶面和底面上的所述第二贴板(402)连接拉紧。
6.根据权利要求5所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，所述第二贴板(402)上设置有用于夹紧所述木梁(2)两侧面的安装槽(403)。
7.根据权利要求6所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，还包括倾斜连接于所述第一贴板(401)与第二贴板(402)之间、用于提高所述连接拐件(4)对所述木梁(2)的支撑强度的加强杆(6)。
8.根据权利要求7所述的木梁-钢柱节点强化连接结构，其特征在于，还包括紧贴在所述木梁(2)的顶面或底面上的盖板(7)，以及若干个分布于所述盖板(7)上、用于将其与所述木梁(2)固定的第二紧固件(8)。
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