CN109853737B - 一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点 - Google Patents
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Abstract
一种可恢复的耗能木结构梁‑柱节点，包括：梁柱连接件，设置于木柱内侧面，位于木柱与木梁的连接端部之间，木梁的连接端为阶梯形状；槽钢，为由四块竖直钢板和一块水平钢板焊接成的矩形槽结构，槽长方向为纵向，其一个竖直钢板设置于所述木梁的连接端的最前端阶梯面之外的其它阶梯面上；若干个植筋，通过胶黏剂分别植于木梁连接端阶梯面的孔道或槽道内；若干个形状记忆合金螺杆，分别连接于梁柱连接件与槽钢之间。本发明利用形状记忆合金螺杆的超弹性性能，通过调整其预应变、数量以及尺寸，提高节点的初始高度和自恢复能力，同时还可避免木梁横纹劈裂破坏，保证形状记忆合金螺杆先于植筋和梁柱构件发生屈服破坏，大大降低木结构维护和修复成本。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点。
背景技术
目前，在木结构梁柱结构体系中，大多数采用螺栓连接的节点形式。常见形式有木构件螺栓连接，这种节点形式主要利用螺栓的抗弯和木材在螺栓处的局部承压提供承载力。这种节点形式主要存在一下几个问题：
(1)由于施工偏差，木梁上螺栓孔壁与螺栓之间存在间隙，此间隙导致木梁受力后滑动，导致节点初始刚度较低。
(2)由于木材横纹抗拉强度低，导致螺孔销槽承压时，经常发生梁端横纹劈裂等脆性破坏，不能充分发挥木材抗弯性能，进而导致木结构梁柱体系整体承载力下降。
(3)通过螺栓屈服和螺栓孔处木材的受压屈服等形式提供承载力，震后存在较大的残余变形，抗震性能下降。
因此，针对上述问题，急需一种初始刚度较大，抗弯能力强以及震后残余变形小的梁柱新型连接节点形式。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点，以使木结构梁柱节点有较大初始刚度、较强的抗弯能力以及较小的震后残余变形。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点，包括：
梁柱连接件7，设置于木柱1内侧面，位于木柱1与木梁2的连接端部之间，木梁2的连接端为阶梯形状；
槽钢4，为由四块竖直钢板和一块水平钢板焊接成的矩形槽结构，槽长方向为纵向，其一个竖直钢板设置于所述木梁2的连接端的最前端阶梯面之外的其它阶梯面上；
植筋3，有若干个，通过胶黏剂分别植于木梁2连接端阶梯面预钻或预留的孔道内或开设的槽道内；
形状记忆合金螺杆5，有若干个，分别连接于梁柱连接件7与槽钢4之间。
所述梁柱连接件7包括一个竖向钢板和若干矩形槽，竖向钢板贴附于木柱1内侧面，各矩形槽固定于竖向钢板上，槽长方向均与木梁2长度方向以及木柱1高度方向垂直，所述木梁2的连接端最前端被各矩形槽环绕，且最前端阶梯面与竖向钢板贴合。
所述木梁2的连接端纵切形状为凸字形，即其最前端两侧为对称的两个阶梯，所述槽钢4有两个，分别布置于一个阶梯的阶梯面上，所述梁柱连接件7包括一个竖向钢板和两个矩形槽，竖向钢板贴附于木柱1内侧面，两个矩形槽固定于竖向钢板上，槽长方向均与木梁2长度方向以及木柱1高度方向垂直，两个矩形槽与竖向钢板形成与所述凸字形匹配的凹字形结构，所述木梁2的连接端最前端插入该凹字形结构中，所述两个矩形槽分别与两个槽钢4相对。
所述槽钢4的水平钢板与所述木梁2的阶梯水平面连接。
所述木柱1的外侧面设置有垫板10，螺栓二9依次穿过梁柱连接件7、木柱1和垫板10，并配合螺母二8实现连接。
所述木梁2材质为原木、锯材、胶合木或单板层积材或其他工程木材中的一种。
所述植筋3为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。
所述形状记忆合金螺杆5施加初始预应变，以保证节点卸载后形状记忆合金螺杆5具有恢复力而没有完全松动；同时，所述初始预应变应满足形状记忆合金螺杆5力学稳定性的要求，防止预应变引发形状记忆合金螺杆5力学性能退化。
所述形状记忆合金螺杆5具有优秀的超弹性性能，具有表现为残余变形小，马氏体相变应力高，逆相变应力较高。保证节点在卸载过程中具有较大的恢复力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用形状记忆合金螺杆的超弹性性能，通过调整形状记忆合金螺杆的预应变、数量以及尺寸，以提高节点的初始高度和自恢复能力。
2、本发明中通过对梁柱连接件的合理设计，可避免木梁横纹劈裂破坏。
3、本发明中，通过合理设计，可保证形状记忆合金螺杆先于植筋和梁柱构件发生屈服破坏。
4、本发明中形状记忆合金螺杆可替换，容易检修，大大降低木结构维护和修复成本，体现了现代建筑可持续发展理念。
附图说明
图1为可恢复的耗能木结构梁-柱节点示意图。
图2为图1的主视图。
图3为图1的俯视图。
图4为梁柱连接件示意图。
图5为槽钢示意图。
图中标号：1为木柱，2为木梁，3为植筋，4为槽钢，5为形状记忆合金螺杆，6为螺母一，7为梁柱连接件，8为螺母二，9为螺栓二，10为垫板，11为螺栓三，12为螺母三。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1、图2和图3所示，一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点，主要包括梁柱连接件7、槽钢4、植筋3以及形状记忆合金螺杆5。其中：
木梁2的连接端纵切形状为凸字形(阶梯形状的一种，对称阶梯)，即其最前端两侧为对称的两个阶梯，木柱1的外侧面设置有垫板10。
梁柱连接件7位于木柱1与木梁2的连接端部之间，参考图4，其包括一个竖向钢板和两个矩形槽，竖向钢板贴附于木柱1内侧面，螺栓二9依次穿过该竖向钢板、木柱1和垫板10，并配合螺母二8实现连接。两个矩形槽固定于该竖向钢板上，槽长方向均与木梁2长度方向以及木柱1高度方向垂直，两个矩形槽在竖向钢板上一上一下分布，与竖向钢板一起，形成凹字形结构，木梁2的连接端最前端插入该凹字形结构中，最前端的端面与该竖向钢板接触或者留有一点缝隙。
参考图5，槽钢4为由四块竖直钢板和一块水平钢板焊接成的矩形槽结构，槽长方向为纵向，槽钢4有两个，每个槽钢4的一个竖直钢板设置于木梁2连接端的一个阶梯面上，两个槽钢4分别与梁柱连接件7的两个矩形槽相对，上部槽钢4的水平钢板与木梁2最前端部分的上表面连接，下部槽钢4的水平钢板与木梁2最前端部分的下表面连接，可利用螺栓三11贯穿所述木梁2以及两个槽钢4的水平钢板，并以螺母三12实现固定。
植筋3，直径为16mm，有4个，通过胶黏剂分别植于木梁2连接端阶梯面预钻或预留的孔道内或开设的槽道内，并与槽钢4螺栓连接；
形状记忆合金螺杆5，直径为16mm，有4个，分别通过螺栓一6连接于梁柱连接件7与槽钢4之间；形状记忆合金螺杆5施加初始预应变，以保证节点卸载后形状记忆合金螺杆5具有恢复力而没有完全松动；同时，所述初始预应变应满足形状记忆合金螺杆5力学稳定性的要求，防止预应变引发形状记忆合金螺杆5力学性能退化。形状记忆合金螺杆5具有优秀的超弹性性能，具有表现为残余变形小，马氏体相变应力高，逆相变应力较高。保证节点在卸载过程中具有较大的恢复力。
本发明中，木梁2和木柱1的材质为原木、锯材、胶合木或单板层积材或其他工程木材中的一种。植筋3为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。
本发明中，形状记忆合金螺杆5、植筋3、螺母一6并不固定为上述数量，而是可以视梁柱连接节点上的设计数量而定。
本发明中，梁柱连接件7包括一个竖向钢板和若干矩形槽(与槽钢4的数量相等)，竖向钢板贴附于木柱1内侧面，各矩形槽固定于竖向钢板上，槽长方向均与木梁2长度方向以及木柱1高度方向垂直，所述木梁2的连接端最前端被各矩形槽环绕，且最前端阶梯面与竖向钢板贴合。
实施时，将植筋预先插入预留孔洞或槽道内，通过胶黏剂胶结，继续用螺母一6，实现槽钢4与植筋3的连接，同时把螺栓二9依次穿过梁柱连接件7、木柱1和垫板10螺栓孔，实现梁柱连接件7与木柱1的连接，然后将形状记忆合金螺杆5穿过梁柱连接件7和槽钢4螺栓孔，并使其达到设置的初始应变值，实现梁柱连接件与槽钢4的连接，最后利用螺栓三11依次穿过一槽钢3底面、木梁2和另一槽钢3底面的螺栓孔，将其固定于木梁2端部的上、下面。
本发明的原理是：
本发明利用形状记忆合金螺杆的超弹性性能，通过调整形状记忆合金螺杆的预应变、数量以及尺寸，使节点达到较高的初始刚度和抗弯能力。在地震中，形状记忆合金螺杆提供的自复位能力耗散大量的地震能量，降低地震对建筑结构的破坏程度。震后，可通过更换和修复等手段处理形状记忆合金螺杆，使建筑物达到规范要求。通过合理设计梁柱连接件，使其约束木梁端部横纹方向，有效避免木梁端部横纹劈裂破坏，有利于发挥木材的强度。本发明与传统的木结构梁柱节点相比初始刚度大、抗弯能力强、可更换、易检修且具有自复位性能(震后残余变形小)。
Claims (5)
1.一种可恢复的耗能木结构梁-柱节点，其特征在于，包括：
梁柱连接件(7)，设置于木柱(1)内侧面，位于木柱(1)与木梁(2)的连接端部之间，木梁(2)的连接端为阶梯形状；
槽钢(4)，为由四块竖直钢板和一块水平钢板焊接成的矩形槽结构，槽长方向为纵向，其一个竖直钢板设置于所述木梁(2)的连接端的最前端阶梯面之外的其它阶梯面上；
植筋(3)，有若干个，通过胶黏剂分别植于木梁(2)连接端阶梯面预钻或预留的孔道内或开设的槽道内；
形状记忆合金螺杆(5)，有若干个，分别连接于梁柱连接件(7)与槽钢(4)之间；
所述梁柱连接件(7)包括一个竖向钢板和若干矩形槽，竖向钢板贴附于木柱(1)内侧面，各矩形槽固定于竖向钢板上，槽长方向均与木梁(2)长度方向以及木柱(1)高度方向垂直，所述木梁(2)的连接端最前端被各矩形槽环绕，且最前端阶梯面与竖向钢板贴合；
所述木梁(2)的连接端纵切形状为凸字形，即其最前端两侧为对称的两个阶梯，所述槽钢(4)有两个，分别布置于一个阶梯的阶梯面上，所述梁柱连接件(7)包括一个竖向钢板和两个矩形槽，竖向钢板贴附于木柱(1)内侧面，两个矩形槽固定于竖向钢板上，槽长方向均与木梁(2)长度方向以及木柱(1)高度方向垂直，两个矩形槽与竖向钢板形成与所述凸字形匹配的凹字形结构，所述木梁(2)的连接端最前端插入该凹字形结构中，所述两个矩形槽分别与两个槽钢(4)相对；
所述木柱(1)的外侧面设置有垫板(10)，螺栓二(9)依次穿过梁柱连接件(7)、木柱(1)和垫板(10)，并配合螺母二(8)实现连接。
2.根据权利要求1所述可恢复的耗能木结构梁-柱节点，其特征在于，所述槽钢(4)的水平钢板与所述木梁(2)的阶梯水平面连接。
3.根据权利要求1所述可恢复的耗能木结构梁-柱节点，其特征在于，所述木梁(2)材质为原木、锯材、胶合木或单板层积材中的一种。
4.根据权利要求1所述可恢复的耗能木结构梁-柱节点，其特征在于，所述植筋(3)为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。
5.根据权利要求1所述可恢复的耗能木结构梁-柱节点，其特征在于，所述形状记忆合金螺杆(5)施加初始预应变，以保证节点卸载后形状记忆合金螺杆(5)具有恢复力而没有完全松动；同时，所述初始预应变应满足形状记忆合金螺杆(5)力学稳定性的要求，防止预应变引发形状记忆合金螺杆(5)力学性能退化。
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