CN113293893A - 一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，包括通过胶合木连梁左右连接的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙，所述的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙底部两侧挖除后分别通过碟型弹簧装置与基础固定连接，并且第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙分别通过多个多级消能元件与胶合木连梁连接。与现有技术相比，本发明有效解决现有双肢剪力墙抗侧刚度和变形能力间的矛盾，且弥补了现有自复位剪力墙小震下耗能较差、大震下响应加速度偏高的缺点。

Description

一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构
技术领域
本发明涉及结构工程木结构建筑领域，尤其是涉及一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构。
背景技术
CLT(正交胶合木)剪力墙抗侧刚度大、承载性能好，常用于多高层木结构的楼板、剪力墙等，但在地震作用下，现有的CLT剪力墙存在如下问题：
(1)地震作用下墙板与基础间的节点连接区过早发生破坏，CLT墙板的强度远未充分发挥，形成“强构件、弱节点”的破坏模式；
(2)CLT剪力墙的抗震韧性不高，震后墙体的残余变形较大；
(3)虽然施加预应力后可避免“弱节点”的破坏模式、提高墙体抗震韧性，但侧向力下预应力CLT墙体呈旗帜形捏缩滞回特性，小震下耗能较差，大震下响应加速度偏高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，用以改变现有CLT剪力墙“弱节点、强构件”的破坏模式，解决现有双肢剪力墙抗侧刚度和变形能力间的矛盾；以及弥补现有自复位剪力墙旗帜形捏缩滞回特性的缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，包括通过胶合木连梁左右连接的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙，所述的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙底部两侧挖除后分别通过碟型弹簧装置与基础固定连接，并且第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙分别通过多个多级消能元件与胶合木连梁连接。
所述的第一正交胶合木剪力墙的左右侧墙趾处分别通过第一碟型弹簧装置和第二碟型弹簧装置与基础固定连接，所述的第二正交胶合木剪力墙的左右侧墙趾处分别通过第三碟型弹簧装置和第四碟型弹簧装置与基础固定连接。
所述的第一碟型弹簧装置、第二碟型弹簧装置、第三碟型弹簧装置和第四碟型弹簧装置的结构相同，所述的第一碟型弹簧装置包括长螺杆以及由下至上依次设置的限位钢构件、紧固螺母、弹簧挡板、碟型弹簧和槽型板座，所述的长螺杆下端插入基础，上端依次穿过限位钢构件、紧固螺母、弹簧挡板、碟型弹簧和槽型板座后插入第一正交胶合木剪力墙墙趾处的预留孔中，所述的槽型板座通过螺钉固定在第一正交胶合木剪力墙的墙趾处。
所述的限位钢构件由焊接在基础上的第二钢板以及分别与第二钢板焊接且用以对第一正交胶合木剪力墙限位的第一钢板和第三钢板构成，所述的第二钢板上开设用以穿过长螺杆的第一螺栓长圆孔。
所述的碟型弹簧为60CrMnA材料的碟型弹簧。
所述的胶合木连梁一端的上下表面分别通过第一多级消能元件和第二多级消能元件与第一正交胶合木剪力墙连接，另一端的上下表面分别通过第三多级消能元件和第四多级消能元件与第二正交胶合木剪力墙连接。
所述的第一多级消能元件、第二多级消能元件、第三多级消能元件和第四多级消能元件的结构相同，所述的第一多级消能元件由下部底座和耗能角钢组成，所述的下部底座包括钢板和高强螺杆，所述的钢板设置在耗能角钢的水平肢与胶合木连梁一端上表面之间，并通过螺钉钉接在胶合木连梁的上表面，所述的高强螺杆下端与钢板焊接，上端穿过耗能角钢的水平肢后通过螺母拧紧固定。
所述的第一多级消能元件还包括压紧设置在耗能角钢的水平肢与钢板之间的第一有机材料摩擦片和第二有机材料摩擦片，所述的高强螺杆穿过耗能角钢的水平肢上开设的长圆孔后通过螺母紧固，基于螺母预紧力将耗能角钢、第一有机材料摩擦片、第二有机材料摩擦片以及钢板夹紧后构成摩擦型耗能件。
所述的耗能角钢的竖肢上开设横向的凹槽，用以实现对耗能角钢竖肢的局部削弱。
所述的胶合木连梁一端的正面和背面分别通过第一钢盖板和第三钢盖板与第一正交胶合木剪力墙连接，另一端的正面和背面分别通过第二钢盖板和第四钢盖板与第一正交胶合木剪力墙连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明通过设置多级消能元件和钢盖板增加了胶合木连梁两端连接处的强度，避免了现有CLT剪力墙“弱节点、强构件”的破坏模式，更符合结构设计理念。
二、本发明通过对耗能角钢竖肢的局部削弱，有效解决了现有双肢剪力墙抗侧刚度和变形能力间的矛盾，使得两者得到平衡，兼有较小的震后残余变形。
三、墙体抗震韧性好，且震后修复方便、可恢复性能好。
四、通过在连梁端部与墙板间安装多级消能元件(削弱凹槽和摩擦片)，使该可自复位的耗能CLT双肢剪力墙具备在小、大震作用下的分级耗能能力，弥补了现有剪力墙旗帜形捏缩滞回特性的不足。
附图说明
图1a为本发明的结构正视图。
图1b为本发明的结构俯视图。
图2为第一碟型弹簧装置的结构正视图。
图3为限位钢构件的三维示意图。
图4为槽型板座的三维示意图。
图5为弹簧挡板的三维示意图。
图6为碟型弹簧的三维示意图。
图7为本发明的局部装配示意图，第一正交胶合木剪力墙、第一多级消能元件、第二多级消能元件、第一钢盖板、胶合木连梁之间的装配示意。
图8为第一多级消能元件的结构示意图，其中，图(8a)为三维示意图，图(8b)为正视图。
图9为下部底座的三维示意图。
图中标记说明：
11、第一正交胶合木剪力墙，12、第二正交胶合木剪力墙，21、第一碟型弹簧装置，22、第二碟型弹簧装置，23、第三碟型弹簧装置，24、第四碟型弹簧装置，211、限位钢构件，212、槽型板座，213、长螺栓，214、弹簧挡板，215、碟型弹簧，2111、第一钢板，2112、第二钢板，2113、第三钢板，2114、紧固螺母，31、第一多级消能元件，32、第二多级消能元件，33、第三多级消能元件，34、第四多级消能元件，311、下部底座，312、耗能角钢，3111、第一有机材料摩擦片，3112、第二有机材料摩擦片，3113、钢板，3114、高强螺杆，3115、螺母，3121、凹槽，41、第一钢盖板，42、第二钢盖板，43、第三钢盖板，44、第四钢盖板，5、胶合木连梁，61、第一螺栓长圆孔，62、第一螺栓孔，63、第二螺栓孔，64、长圆孔，65、第四螺钉孔，66、第五螺钉孔，67、第六螺钉孔，68、第七螺钉孔，69、第八螺钉孔，610、第九螺钉孔，611、第十螺钉孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，如图1a和1b所示，工厂将第一正交胶合木剪力墙11两侧墙趾局部部分挖除，用以安装第一碟型弹簧装置21和第二碟型弹簧装置22，并且将第二正交胶合木剪力墙12两侧墙趾局部部分挖除，用以安装第三碟型弹簧装置23和第四碟型弹簧装置24。
如图3所示，在工地现场将第一碟型弹簧装置21、第二碟型弹簧装置22、第三碟型弹簧装置23及第四碟型弹簧装置24中的限位钢构件211通过焊接固定于基础之上，限位钢构件211中第二钢板2112预留第一螺栓长圆孔61。
如图4及图5所示，工厂通过螺钉将第一碟型弹簧装置21、第二碟型弹簧装置22中的槽型板座212固定于第一正交胶合木剪力墙11两侧墙趾处，将第三碟型弹簧装置23和第四碟型弹簧装置24中的槽型板座212固定于第二正交胶合木剪力墙12两侧墙趾处，槽型板座212前后两侧预留第九螺钉孔610、第十螺钉孔611用以钉入螺钉，槽型板座212底部预留第一螺栓孔62，弹簧挡板214上预留第二螺栓孔63。
如图2及图6所示，在工地现场将弹簧挡板214置于限位钢构件211的紧固螺母2114上，长螺栓213依次穿过第一螺栓长圆孔61、紧固螺母2114、第二螺栓孔63、碟型弹簧215、第一螺栓孔62后，插入第一正交胶合木剪力墙11和第二正交胶合木剪力墙12墙趾处的预留孔中，本例中，制作碟型弹簧215采用的材料为60CrMnA。
如图9所示，工厂通过螺钉分别将第一多级消能元件31、第二多级消能节点32中的下部底座311连接于胶合木连梁5一端的上下表面，将第三多级消能节点33、第四多级消能节点34中的下部底座311连接于胶合木连梁5另一端的上下表面，下部底座311预留的第五螺钉孔66、第六螺钉孔67用于钉入螺钉，第一有机材料摩擦片3111和第二有机材料摩擦片3112均粘贴于钢板3113上表面，位于高强螺杆3114两侧。
如图8所示，工厂将耗能角钢312的竖肢局部削弱以形成凹槽3121，耗能角钢312的竖肢预留第四螺钉孔65用以钉入螺钉。耗能角钢312的水平肢上预留长圆孔64，下部底座311中的高强螺杆3114穿过长圆孔64后通过螺母3115紧固，基于螺母3115预紧力将耗能角钢312、第一有机材料摩擦片3111、第二有机材料摩擦片3112以及钢板3113夹紧，形成摩擦型耗能件。
如图7及图1所示，在工地现场将第一多级消能元件31、第二多级消能元件32中耗能角钢312的竖肢与第一正交胶合木剪力墙11的侧面通过螺钉连接，将第三多级消能元件33、第四多级消能元件34中耗能角钢312的竖肢与第二正交胶合木剪力墙12的侧面通过螺钉连接。
如图1所示，在工地现场将第一钢盖板41与第三钢盖板43分别对称布置在胶合木连梁5左端的前后侧，通过螺钉将胶合木连梁5的左端部与第一正交胶合木剪力墙11拼接；第二钢盖板42与第四钢盖板44分别对称布置在胶合木连梁5右端的前后侧，通过螺钉将胶合木连梁5的右端部与第二正交胶合木剪力墙12拼接。
本发明将胶合木连梁的左右端分别与单面CLT剪力墙拼接，并结合碟形弹簧装置及多级消能元件，形成一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，墙体的自复位力由安装于CLT墙趾与基础间的碟形弹簧装置提供；为了弥补自复位墙体旗帜形捏缩滞回特性的缺陷，在胶合木连梁与CLT剪力墙的接触区，安装多级消能元件(局部削弱型耗能角钢和摩擦型耗能件)以实现分级耗能机制，并辅以钢盖板通过螺钉连接以提高胶合木连梁端部的抗剪承载力。该可自复位的耗能CLT双肢剪力墙可较好的解决墙体抗侧刚度和变形能力间的矛盾，且震后墙体塑性变形集中于梁端连接区域，修复方便、墙体残余变形较小。

Claims (10)

1.一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，包括通过胶合木连梁(5)左右连接的第一正交胶合木剪力墙(11)和第二正交胶合木剪力墙(12)，其特征在于，所述的第一正交胶合木剪力墙(11)和第二正交胶合木剪力墙(12)底部两侧挖除后分别通过碟型弹簧装置与基础固定连接，并且第一正交胶合木剪力墙(11)和第二正交胶合木剪力墙(12)分别通过多个多级消能元件与胶合木连梁(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的第一正交胶合木剪力墙(11)的左右侧墙趾处分别通过第一碟型弹簧装置(21)和第二碟型弹簧装置(22)与基础固定连接，所述的第二正交胶合木剪力墙(12)的左右侧墙趾处分别通过第三碟型弹簧装置(23)和第四碟型弹簧装置(24)与基础固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的第一碟型弹簧装置(21)、第二碟型弹簧装置(22)、第三碟型弹簧装置(23)和第四碟型弹簧装置(24)的结构相同，所述的第一碟型弹簧装置(21)包括长螺杆(213)以及由下至上依次设置的限位钢构件(211)、紧固螺母(2111)、弹簧挡板(214)、碟型弹簧(215)和槽型板座(212)，所述的长螺杆(213)下端插入基础，上端依次穿过限位钢构件(211)、紧固螺母(2111)、弹簧挡板(214)、碟型弹簧(215)和槽型板座(212)后插入第一正交胶合木剪力墙(11)墙趾处的预留孔中，所述的槽型板座(212)通过螺钉固定在第一正交胶合木剪力墙(11)的墙趾处。
4.根据权利要求3所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的限位钢构件(211)由焊接在基础上的第二钢板(2112)以及分别与第二钢板(2112)焊接且用以对第一正交胶合木剪力墙(11)限位的第一钢板(2111)和第三钢板(2113)构成，所述的第二钢板(2112)上开设用以穿过长螺杆(213)的第一螺栓长圆孔(61)。
5.根据权利要求3所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的碟型弹簧(215)为60CrMnA材料的碟型弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的胶合木连梁(5)一端的上下表面分别通过第一多级消能元件(31)和第二多级消能元件(32)与第一正交胶合木剪力墙(11)连接，另一端的上下表面分别通过第三多级消能元件(33)和第四多级消能元件(34)与第二正交胶合木剪力墙(12)连接。
7.根据权利要求6所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的第一多级消能元件(31)、第二多级消能元件(32)、第三多级消能元件(33)和第四多级消能元件(34)的结构相同，所述的第一多级消能元件(31)由下部底座(311)和耗能角钢(312)组成，所述的下部底座(311)包括钢板(3113)和高强螺杆(3114)，所述的钢板(3113)设置在耗能角钢(312)的水平肢与胶合木连梁(5)一端上表面之间，并通过螺钉钉接在胶合木连梁(5)的上表面，所述的高强螺杆(3114)下端与钢板(3113)焊接，上端穿过耗能角钢(312)的水平肢后通过螺母(3115)拧紧固定。
8.根据权利要求7所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的第一多级消能元件(31)还包括压紧设置在耗能角钢(312)的水平肢与钢板(3113)之间的第一有机材料摩擦片(3111)和第二有机材料摩擦片(3112)，所述的高强螺杆(3114)穿过耗能角钢(312)的水平肢上开设的长圆孔(64)后通过螺母(3115)紧固，基于螺母(3115)预紧力将耗能角钢(312)、第一有机材料摩擦片(3111)、第二有机材料摩擦片(3112)以及钢板(3113)夹紧后构成摩擦型耗能件。
9.根据权利要求7所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的耗能角钢(312)的竖肢上开设横向的凹槽(3121)，用以实现对耗能角钢(312)竖肢的局部削弱。
10.根据权利要求6所述的一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，其特征在于，所述的胶合木连梁(5)一端的正面和背面分别通过第一钢盖板(41)和第三钢盖板(43)与第一正交胶合木剪力墙(11)连接，另一端的正面和背面分别通过第二钢盖板(42)和第四钢盖板(44)与第一正交胶合木剪力墙(11)连接。
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