CN218881340U - 一种方形木柱适用的frp增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚 - Google Patents

Abstract

一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，其特征在于在钢板预留槽内先裹上FRP增强层(14)后嵌入带有自复位功能的组合构件，翼缘板(2)、腹板(3)、下端板(4)、上端板(7)、预应力筋(5)组成带有自复位功能的组合构件，并内嵌在木柱预留槽口(10)。本发明FRP增强层(14)起到了环向增强力学性能的效果，有效地保护了木结构柱脚，避免开槽加固造成的腐蚀破败，结构耐久性好，带有自复位功能的组合构件提高了木柱的竖向承载力和抗侧刚度，避免木结构在地震作用下发生较大侧移和残余变形，可以适用于高层木结构住宅和公共建筑中的方形木柱柱脚节点。

Description

一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚

技术领域

本发明涉及一种高层木结构中方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，应用于建筑结构，属于土木工程领域。

背景技术

近年来，木结构因其建筑工期短、易于预制拼装、材料绿色等诸多优点以及工程木结构制品的创新进步，在高层木结构住宅及公共建筑中广为流行。

木柱是主要的竖向和侧向受力构件，对内力传递有重要作用。我国城镇多处在地震高烈度地区，对木柱的抗侧、抗剪及抗弯刚度的要求不断提高。此外，在工程结构使用中木柱往往会发生一定的浸水腐蚀，加大木结构震后腐蚀的残余位移。如果柱脚进行开槽后的加固，可能破坏木柱表面的完整性，加快木结构的腐蚀破败。因此，在确保结构耐腐蚀性和耐久性的基础上，进一步提高现有木结构的竖向和抗侧向刚度存在很大研究空间。

检索发现，申请号为202221808643.5《一种钢管混凝土柱脚节点结构》的专利提供了将膨胀螺栓贯穿活动口并延伸至混凝土基础内部，通过连接块、螺丝杆和螺母的搭配连接，第二连接块外连第一刚性法兰的方式，将两个稳定装置进行钢管混凝土柱脚连接的方案。这种利用膨胀螺栓使混凝土基础与第一刚性法兰连接在一起，其结构耐久性受到螺栓摩擦面的影响，易锈蚀发生失稳或疲劳断裂。申请号为202120092015.0《一种高层木结构适用的内嵌式方形木柱自复位柱脚》的专利，通过预应力筋穿过端板预留孔洞并由锚具固定于上下端板，下端板与锚钉焊接并浇筑于混凝土基础中，实现其自复位功能，避免地震下的较大侧移和残余变形。但是这种内嵌式方案受到开槽技术的限制，嵌入钢板之后致使表面整体性破坏，且钢板与槽之间，预应力筋与槽之间易入水受腐蚀，提供给木柱的加固约束有限。

为了克服这些不足，本发明提出一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，一方面，该柱脚利用钢材的材料性能，提高了木柱抗侧刚度和竖向承载力，通过预应力筋施加了预拉力，可使地震下结构具有反向恢复达到自复位的能力，减少地震下的侧向位移和残余变形；另一方面，该柱脚钢板与槽间均覆有FRP增强层，可有效提高结构耐久性和抗腐蚀性，减少因腐蚀加重结构破坏的现象，且预应力筋外裹有防腐涂层，能有效延长结构使用寿命，可以用于结构的加固提升工程。

发明内容

本发明的目的是提供一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，满足随着结构高度的增加对木柱承载力和地震往复作用下的性能要求，通过预应力筋施加的预拉力可使结构在卸载达到自复位的效果，提高柱子的抗震性能，减少了侧向位移和残余变形，此外，在钢板预留槽内裹上FRP增强层后嵌入钢板，预应力筋外裹防腐涂层，起到了环向增强力学性能的效果，有效地保护了木结构柱脚，因此具有自复位、承载力高、抗震性能强、耐腐蚀性好、结构耐久性好等优点，可以适用于高层木结构住宅和公共建筑中底层方柱的柱脚节点。

本发明的技术方案：一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，由方形木柱、翼缘板、腹板、下端板、预应力筋、混凝土基础、上端板、锚具、锚钉、木柱预留槽口、腹板预留孔洞、防腐涂层、端板预留孔洞、FRP增强层组成，其特征在于在钢板预留槽内先裹上FRP增强层后嵌入钢板，翼缘板、腹板、下端板、上端板、预应力筋、防腐涂层形成带有自复位功能的组合构件，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，预应力筋外裹防腐涂层，通过端板预留孔洞并由锚具固定于上端板和下端板，下端板与锚钉焊接并浇筑于混凝土基础中。

所述预应力筋和预应力筋预留槽之间设置有防腐涂层，防腐涂层采用环氧涂层。

所述翼缘板、腹板、下端板、上端板预留槽内在钢板嵌入前裹上FRP增强层，FRP增强层为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维或芳纶纤维其中的一种，缠绕层数为1层或1层以上，其间的胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯树脂或聚氨酯树脂其中的一种。

所述带有自复位功能的组合构件沿方形柱四边分布，每边可按需分布多个自复位功能的组合构件。

所述预应力筋均垂直于所述上端板和下端板；所述上端板与下端板平齐；所述预应力筋为多根，呈一字型排列。

所述翼缘板、腹板、上端板与下端板通过焊接进行连接；所述翼缘板外边缘与上端板与下端板外边缘平齐。所述腹板预留孔洞沿竖向呈均匀分布。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、在本发明的柱脚节点中，通过FRP增强层，可使木柱结构具有耐腐蚀且结构耐久性好，起到了环向增强力学性能的效果，加固了木柱性能；

2、组合构件带有自复位功能，通过预应力筋施加预拉力，避免木结构在地震作用下发生较大侧移和残余变形，使结构具有反向恢复力达到自复位的效果和一定的抗震能力，可以适用于高层木结构木柱柱脚节点。

3、钢结构构件融入到方形木柱中，提高了木柱的竖向承载力和抗侧刚度，有效降低了地震情况下主体结构发生破坏的可能。

4、此柱脚为内嵌式，不占用过多建筑面积，可提高木结构建筑的空间使用效率。

附图说明：

图1是方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚主视图；

图2是方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚1-1剖视图；

图3是方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚上、下端板俯视图；

图4是方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚方形木柱主视图；

在附图1～附图4中，1为方形木柱；2为翼缘板；3为腹板；4为下端板；5为预应力筋；6为混凝土基础；7为上端板；8为锚具；9为锚钉；10为木柱预留槽口；11为腹板预留孔洞；12为防腐涂层；13为端板预留孔洞；14为FRP增强层。

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，本发明提出一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，由方形木柱1、翼缘板2、腹板3、下端板4、预应力筋5、混凝土基础6、上端板7、锚具8、锚钉9、木柱预留槽口10、腹板预留孔洞11、防腐涂层12、端板预留孔洞13、FRP增强层14组成，其特征在于在钢板预留槽内先裹上FRP增强层14后嵌入钢板，翼缘板2、腹板3、下端板4、上端板7、预应力筋5、防腐涂层12形成带有自复位功能的组合构件，并内嵌在木柱预留槽口10，并通过铆钉穿过腹板预留孔洞11进行连接，预应力筋5外裹防腐涂层12通过端板预留孔洞13并由锚具8固定于上端板7和下端板4，下端板4与锚钉9焊接并浇筑于混凝土基础6中。

所述预应力筋5和预应力筋预留槽之间设置有防腐涂层12，防腐涂层12采用环氧涂层。

所述翼缘板2、腹板3、下端板4、上端板7预留槽内在钢板嵌入前裹上FRP增强层14，FRP增强层为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维或芳纶纤维其中的一种，缠绕层数为1层或1层以上，其间的胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯树脂或聚氨酯树脂其中的一种。

所述预应力筋5均垂直于所述上端板7和下端板4；所述预应力筋5为多根，呈一字型排列。

所述翼缘板2、腹板3、上端板7与下端板4通过焊接进行连接；所述上端板7与下端板4平齐；所述翼缘板2外边缘与上端板7与下端板4外边缘平齐。所述腹板预留孔洞11沿竖向呈均匀分布。

上述一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚的连接方法，包括如下步骤：

(1)在工厂内将翼缘板2、腹板3、上端板7与下端板4通过焊接进行连接，并将锚钉9焊接下端板4底面，内嵌在木柱预留槽口10，并通过铆钉穿过腹板预留孔洞11与方形木柱1进行连接。

(2)将预应力筋5穿过上端板7与下端板4，并进行预应力张拉，外裹上防腐涂层12后通过锚具8固定于上端板7与下端板4。

(3)施工现场将木柱移到混凝土基础上，锚钉9浇筑于混凝土基础6中。

(4)施工现场将钢板嵌入槽内前先裹上FRP增强层14，用胶黏剂粘黏。

上述方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，基于所设置的预应力实现了自复位效果，减少了地震下的残余变形，实现了卸载后的自动闭合；基于所设置的FRP增强层，增强环向力学性能的效果，有效地加固了木柱柱脚，提高了木柱的竖向承载力和抗侧刚度。通过将方形木柱与钢结构和FRP材料的融合，提高了木柱整体的耐腐蚀性、耐久性，抗侧刚度、承载力、耗能能力，有效降低了地震对主体结构造成的损伤。

Claims (5)

1.一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，由方形木柱(1)、翼缘板(2)、腹板(3)、下端板(4)、预应力筋(5)、混凝土基础(6)、上端板(7)、锚具(8)、锚钉(9)、木柱预留槽口(10)、腹板预留孔洞(11)、防腐涂层(12)、端板预留孔洞(13)、FRP增强层(14)组成，其特征在于在钢板预留槽内先裹上FRP增强层(14)后嵌入由翼缘板(2)、腹板(3)、下端板(4)、上端板(7)、预应力筋(5)、防腐涂层(12)形成的带有自复位功能的组合构件于木柱预留槽口(10)，通过铆钉穿过腹板预留孔洞(11)进行连接，预应力筋(5)外裹防腐涂层(12)通过端板预留孔洞(13)并由锚具(8)固定于上端板(7)和下端板(4)，下端板(4)与锚钉(9)焊接并浇筑于混凝土基础(6)中。

2.根据权利要求1所述的一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，其特征在于：所述预应力筋(5)和预应力筋(5)预留槽之间设置有防腐涂层(12)，所述的防腐涂层(12)采用环氧涂层。

3.根据权利要求1所述的一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，其特征在于：所述翼缘板(2)、腹板(3)、下端板(4)、上端板(7)预留槽内在钢板嵌入前裹上FRP增强层(14)。

4.根据权利要求1所述的一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，其特征在于：FRP增强层(14)为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维或芳纶纤维其中的一种，缠绕层数为1层或1层以上，其间的胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯树脂或聚氨酯树脂其中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种方形木柱适用的FRP增强型内嵌式自复位钢木混合柱脚，其特征在于：所述带有自复位功能的构件部分沿方形柱四边分布，每边按需可分布多个自复位功能的构件部分。

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