CN115478630A - 一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚 - Google Patents

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张延泰
何梦诚
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Abstract

一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于上端板(6)、下端板(5)、腹板(4)、翼缘板(3)、预应力筋(7)安装后组成带有自复位功能的构件部分，减震耗能构件包括：弹塑性变形构件(9)、腹板(4)、钢板(8)安装后组成的横向耗能装置，耗能棒(10)安装在钢板外，被灌浆套筒(11)包裹，下端螺栓(12)进行横向固定，并采用混凝土浇筑于灌浆套筒(11)内，组成带有纵向耗能装置的构件。本发明可有效的对方形木柱进行抗震加固及耗能减震，提高其竖向承载力，减少残余变形，实现方形木柱的自复位功能、往复滞回耗能功能，解决了强震下结构底层较大侧移的缺陷，可以适用于高层木结构中的方形木柱的柱脚节点。

Description

一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚
技术领域
本发明涉及一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，应用于建筑结构，属于土木工程领域。
背景技术
近年来，基于工程木产品的不断发展和进步，建成了许多高层居住及公共木结构建筑。随着建造标准和结构高度的提高，高层木结构的抗震性能需求得到大幅提升，单纯的依靠木柱自身去抗震耗能，会造成性价比过低或建筑功能受限。
木结构具有便于运输、拼装、环境友好等优点，但在地震作用下木结构往往会发生较大的侧向位移，具有较大的残余位移。为了提高木结构的使用寿命及抵抗地震灾害的能力，本发明针对高层木结构中的方形木柱提出了一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚。其一，本发明将钢构件与木结构进行结合，提高柱子的抗侧刚度和竖向承载力；其二，本发明应用了具有初始预拉力的预应力筋，其提供的恢复力可使结构在地震的侧移中达到自复位的效果，减少地震下的残余变形，从而提高柱子的抗震性能；其三，本发明应用了弹塑性变形构件及耗能棒可有效提高木柱耗能能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，提高方形木柱在地震作用下抗弯、抗剪的能力以及竖向承载力，满足地震作用下对方形木柱的性能需求，通过预应力筋初始预拉力使得木结构在力的作用后进行自复位，并通过弹塑性变形构件往复滞回耗能进行减震，此外，钢板外层安装了耗能棒，提高木柱的抗震性能，减少残余变形，满足高层木结构对木柱的性能要求，具有自复位、耗能强、承载能力高，抗震性能好等优点，可以适用于高层木结构中方形木柱柱脚节点。
本发明的技术方案：一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，由方形木柱、混凝土基柱、翼缘板、腹板、下端板、上端板、预应力筋、钢板、弹塑性变形构件、耗能棒、灌浆套筒、螺栓、木柱预留槽口、腹板预留孔洞、锚具、锚钉、弹塑性变形构件预留孔洞组成，其特征在于上端板、下端板、腹板、翼缘板、预应力筋组成带有自复位功能的构件部分，内嵌在木柱预留槽口，并通过铆钉穿过腹板预留孔洞进行连接，弹塑性变形构件穿过弹塑性变形构件预留孔洞并与钢板进行连接组成横向耗能装置的构件，耗能棒安装在钢板外，被灌浆套筒包裹，下端螺栓进行横向固定，并采用混凝土浇筑于灌浆套筒内，组成带有纵向耗能装置的构件。
所述预应力筋为多根，呈一字排列，沿方形木柱四边呈对称分布，且所有预应力筋均垂直于所述上端板和下端板。
所述方形木柱外裹的4块钢板与上端板、下端板及翼缘板的外边缘进行焊接，且4块钢板之间为焊接，灌浆套筒与钢板之间为焊接。
所述具有耗能作用的弹塑性变形构件为多个，并在腹板与钢板之间，呈规则排列，每边按需可分布多个具有耗能作用的弹塑性变形构件。
所述耗能棒被灌浆套筒包裹，并且混凝土浇筑于灌浆套筒内，螺栓紧扣灌浆套筒外边缘。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1、在本发明的构件中，通过预应力筋初始预拉力使得木结构在地震后进行自复位，减少侧向位移和残余变形，减少地震对木柱的伤害；
2、本发明将木结构与刚构件进行巧妙结合，使得在钢结构的加持下，提高了木柱的抗震能力，抗破坏能力增加了柱脚节点的竖向承载力与耗能能力，有效的增强了木柱的整体性能；
3、本发明通过耗能减震装置发生弹塑性变形进行往复滞回耗能，从而有效消震，减小高层木结构方形木柱水平位移；
附图说明：
图1是外置耗能装置的内嵌式方形木柱柱脚预应力加固装置主视图；
图2是外置耗能装置的内嵌式方形木柱柱脚预应力加固装置1-1剖视图；
图3是外置耗能装置的内嵌式方形木柱柱脚预应力加固装置2-2剖视图；
图4是外置耗能装置的内嵌式方形木柱柱脚预应力加固装置腹板主视图；
图5是外置耗能装置的内嵌式方形木柱柱脚预应力加固装置钢板主视图；
在附图1～附图4中，1为方形木柱；2为混凝土基柱；3为翼缘板；4为腹板；5为下端板；6为上端板；7为预应力筋；8为钢板；9为弹塑性变形构件；10为耗能棒；11为灌浆套筒；12为螺栓；13为木柱预留槽口；14为腹板预留孔洞；15为锚具；16为锚钉；17为腹板弹塑性变形构件预留孔洞；18为钢板弹塑性变形构件预留孔洞。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，本发明提出一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，由方形木柱1、混凝土基柱2、翼缘板3、腹板4、下端板5、上端板6、预应力筋7、钢板8、弹塑性变形构件9、耗能棒10、灌浆套筒11、螺栓12、木柱预留槽口13、腹板预留孔洞14、锚具15、锚钉16、腹板弹塑性变形构件预留孔洞17、钢板弹塑性变形构件预留孔洞18组成，其特征在于上端板6、下端板5、腹板4、翼缘板3、预应力筋7组成带有自复位功能的构件部分，内嵌在木柱预留槽口13，并通过铆钉穿过腹板预留孔洞14进行连接，弹塑性变形构件9穿过腹板弹塑性变形构件预留孔洞17、钢板弹塑性变形构件预留孔洞18进行连接组成横向耗能装置，耗能棒10安装在钢板外，被灌浆套筒11包裹，下端螺栓12进行横向固定，并采用混凝土浇筑于灌浆套筒11内，组成带有纵向耗能装置的构件。
所述预应力筋7为多根，呈一字排列，沿方形木柱1四边呈对称分布，且所有预应力筋7均垂直于所述上端板6和下端板5。
所述具有耗能作用的弹塑性变形构件9为多个，并在腹板与钢板之间，呈规则排列，每边按需可分布多个具有耗能作用的弹塑性变形构件9。
所述耗能棒10被灌浆套筒11包裹，并且混凝土浇筑于灌浆套筒11内，螺栓12紧扣灌浆套筒11外边缘。
上述外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚的连接方法，包括如下步骤：
(1)在工厂将上端板6、下端板5、翼缘板3、腹板4进行焊接连接，并将锚钉16焊接于下端板5底面，内嵌在木柱预留槽口13，并通过腹板预留孔洞14与方形木柱1进行连接。并将预应力筋7穿过上端板6与下端板5，并进行预应力张拉，通过锚具15固定于上端板6与下端板5，组成钢结构部分。在现场将锚钉16与混凝土基础2浇筑在一起。
(2)现场将弹塑性变形构件9安装于腹板4与钢板8之间，并将4块钢板8彼此之间进行焊接。将耗能棒10安装于钢板8外侧，外置灌浆套筒11，灌浆套筒11与钢板8进行焊接连接，且将混凝土浇筑于灌浆套筒11内，将螺栓12安装在灌浆套筒11外。
上述发明通过预应力筋初始预拉力使得木结构在力的作用后进行自复位，并通过弹塑性变形构件往复滞回耗能进行减震，钢板外层安装了耗能棒，提高木柱的抗震性能，使高层木结构震后减少残余变形，具有自复位、耗能强、承载能力高、抗震性能好等优点，有效降低地震对主体结构造成的损伤。此节点构造简单合理，现场施工量较少，施工方便快捷，符合装配化要求。

Claims (8)

1.一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，由既有方形木柱(1)、混凝土基柱(2)、翼缘板(3)、腹板(4)、下端板(5)、上端板(6)、预应力筋(7)、钢板(8)、弹塑性变形构件(9)、耗能棒(10)、灌浆套筒(11)、螺栓(12)、木柱预留槽口(13)、腹板预留孔洞(14)、锚具(15)、锚钉(16)、腹板弹塑性变形构件预留孔洞(17)、钢板弹塑性变形构件预留孔洞(18)组成，其特征在于上端板(6)、下端板(5)、腹板(4)、翼缘板(3)、预应力筋(7)组成带有自复位功能的构件部分，内嵌在木柱预留槽口(13)，并通过铆钉穿过腹板预留孔洞(14)进行连接，弹塑性变形构件(9)穿过腹板弹塑性变形构件预留孔洞(17)、钢板弹塑性变形构件预留孔洞(18)进行连接组成横向耗能装置，耗能棒(10)安装在钢板外，被灌浆套筒(11)包裹，下端螺栓(12)进行横向固定，并采用混凝土浇筑于灌浆套筒(11)内，组成带有纵向耗能装置的构件。
2.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述预应力筋(7)为多根，呈一字排列，沿方形木柱(1)四边呈对称分布，且所有预应力筋(7)均垂直于所述上端板(6)和下端板(5)。
3.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述弹塑性变形构件(9)为Z形钢，Z形钢的两端分别通过螺栓连接于腹板(4)和外裹钢板(8)。
4.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述上端板(6)的外边缘、下端板(5)的外边缘、翼缘板(3)的外边缘与方形木柱(1)的外边缘平齐。
5.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述腹板(4)、上端板(6)、下端板(5)、翼缘板(3)通过焊接进行连接，组成一个小整体。
6.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述方形木柱(1)外裹的4块钢板(8)与上端板(6)、下端板(5)及翼缘板(3)的外边缘进行焊接，且4块钢板(8)之间为焊接，灌浆套筒(11)与钢板(8)之间为焊接。
7.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述具有耗能作用的弹塑性变形构件(9)为多个，并在腹板与钢板之间，呈规则排列，每边按需可分布多个具有耗能作用的弹塑性变形构件(9)。
8.根据权利要求1所述的一种外置耗能装置的自复位方形木柱柱脚，其特征在于：所述耗能棒(10)被灌浆套筒(11)包裹，并且混凝土浇筑于灌浆套筒(11)内，螺栓(12)紧扣灌浆套筒(11)外边缘。
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