CN112095794A - 一种木质耗能支撑-胶合木框架结构 - Google Patents

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Abstract

一种木质耗能支撑‑胶合木框架结构，包括左右对称设置的胶合木柱，所述的胶合木柱之间的上侧设置有胶合木梁，胶合木柱底部设置有用于连接基础的柱靴，所述的胶合木梁和胶合木柱之间通过梁柱钢铰节点相连，所述的胶合木柱之间设置有木质摩擦阻尼器，位于胶合木柱之间对角线处设置。本发明通过在胶合木框架中加入耗能支撑，在增大结构的整体刚度的同时由木质摩擦阻尼器集中耗能，并放松柱脚与基础、梁与柱的约束，使结构在地震作用下发生摇摆，并通过柱靴上具有初始预压力的碟形弹簧，实现框架的震后自复位，减小结构残余变形。本发明施工简便、耗能能力及自复位性能强。

Description

一种木质耗能支撑-胶合木框架结构
技术领域
本发明涉及抗震结构技术领域，特别涉及一种木质耗能支撑-胶合木框架结构。
背景技术
胶合木结构具有资源再生、节能环保、轻质美观等特点，且装配化程度高，抗震性能好。胶合木框架-支撑结构体系作为现代木结构的结构体系之一，为梁柱木框架提供了较大的抗侧刚度，且结构大多采用内嵌钢板连接的节点形式，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。这种结构形式主要存在以下几个问题：
1、由于木材受拉破坏表现为脆性断裂，无法依靠木材耗散能量，结构的耗能完全依赖于支撑两端金属连接件的屈服和销轴孔周木材的挤压变形，耗能能力有限，结构的延性差。
2、由于施工偏差，木柱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。
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。
4、结构整体水平刚度较小且传统木支撑耗能能力较弱。
因此，针对上述问题，急需一种具备较强耗能能力、较高整体水平刚度和具有一定自复位功能的自复位胶合木框架结构。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种木质耗能支撑-胶合木框架结构，以使胶合木框架结构有具备较强耗能能力、较高整体水平刚度和具有一定自复位功能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种木质耗能支撑-胶合木框架结构，包括对称设置的两个胶合木柱1和连接在胶合木柱1上侧之间的胶合木梁2，胶合木柱1底部设置有用于连接基础16的柱靴3，所述的胶合木梁2和胶合木柱1之间通过梁柱钢铰节点相连，所述的胶合木柱1之间沿对角线设置有木质摩擦阻尼器22。
所述胶合木柱1左右两侧设置有柱靴3和钢质垫板14，前后两侧设置有柱靴3，自攻螺钉15依次穿过柱靴3和胶合木柱1，实现紧固连接。
所述的钢质垫板14略高于柱靴3。
所述的柱靴3包括底板18，底板18上设置有方框结构的方钢管17，所述的方钢管17两侧设置有与底板18相连的加劲肋19，所述柱靴3浮搁置于基础16上表面处，位于方钢管17两侧的底板18上表面设置有碟形弹簧10，基础16、柱靴3和碟形弹簧10上穿过柱脚高强螺栓9。
所述的木质摩擦阻尼器22从上至下依次为钢质固定板23、木质固定摩擦块24、木质滑动摩擦块25、木质固定摩擦块24以及钢质固定板23，其中木质滑动摩擦块24外套有钢质阻尼器拉板26，整体结构由阻尼器螺栓28紧固连接；
所述的阻尼器木质滑动摩擦块25外套有钢质阻尼器拉板26，并夹在两块阻尼器木质固定摩擦块25中间，阻尼器钢质固定板23分别置于阻尼器木质固定摩擦块24外表面处，其与阻尼器木质固定摩擦块24、阻尼器木质滑动摩擦块25通过阻尼器螺栓28连接为整体。
所述的柱靴3侧面设置有柱靴耳板27，梁柱钢铰节点处设置有附加连接板，木质摩擦阻尼器22两端分别连接柱靴耳板27和附加连接板，形成耗能支撑。
所述的附加连接板包括阻尼器连接板20与柱端连接板7，二者通过焊接连接在一起，梁柱钢铰节点包括设置在胶合木柱1上的柱端连接板7，附加连接板的柱端连接板7与胶合木柱1上的柱端连接板7焊接在一起。
所述梁柱钢铰节点包括相互铰接在一起的连接板一4与连接板二5，连接板一4与梁柱钢铰节点的柱端连接板7焊接连接，柱端连接板7设置在胶合木柱1上，连接板二5与梁柱钢铰节点的梁端连接板8通过焊接连接，梁端连接板8设置在胶合木梁2上。
所述梁柱钢铰节点的柱端连接板7与胶合木柱1通过柱端高强螺栓12固定连接在一起，梁端连接板8与胶合木梁2的内嵌钢板6通过焊接连接在一起，并通过梁端高强螺栓11固定连接梁端连接板8与胶合木梁2，内嵌钢板6位于胶合木梁2内侧，且与梁端连接板8垂直设置。
本发明的有益效果：
1、通过在胶合木框架中加入耗能支撑，不仅增大了结构的整体水平刚度，同时由木质摩擦阻尼器集中耗能，耗能效果明显。
2、在胶合木柱柱脚加入柱靴后，柱脚受力面积增大，可有效减小胶合木柱柱脚应力以保护柱脚节点；此外，在水平力作用下，扩大的柱脚可通过提供恢复力抵抗侧向载荷从而增强胶合木柱抗震性能。
3、柱靴浮搁置于基础顶面，且在胶合木梁、柱节点处采用铰节点，进一步释放结构内约束，在胶合木框架受水平力作用时，由于柱靴底板预留的长圆形孔洞，胶合木柱可随柱靴共同抬升发生摇摆耗散能量，并通过碟形弹簧的约束力矩实现自复位。
附图说明
图1为本发明实施例中木质耗能支撑-胶合木框架结构的结构示意图。
图2为图1中A区域的放大图。
图3为本发明实施例中柱靴的结构示意图。
图4为本发明实施例中钢铰节点的的示意图。
图5为本发明实施例中钢铰节点及附加板的示意图。
图6为本发明实施例中木质阻尼器正视图。
图7为本发明实施例中木质阻尼器侧视图。
图8为本发明实施例中柱靴及其耳板示意图。
其中：1为胶合木柱，2为胶合木梁，3为柱靴，4为梁柱钢铰节点的连接板一，5为梁柱钢铰节点的连接板二，6为梁端内嵌钢板，7为柱端连接板，8为梁端连接板，9为柱脚高强螺栓，10为碟形弹簧，11为梁端高强螺栓，12为柱端高强螺栓，13为梁柱钢铰节点连接螺栓，14为钢质垫板，15为自攻螺钉，16为基础，17为方钢管，18为底板，19为加劲肋，20为阻尼器连接板，21为阻尼器连接螺栓，22为木质阻尼器，23为阻尼器钢质固定板，24为阻尼器木质固定摩擦块，25为阻尼器木质滑动摩擦块，26为钢质阻尼器拉板，27为柱靴耳板，28为阻尼器螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：本发明提出了一种木质耗能支撑-胶合木框架结构，包括胶合木柱1、胶合木梁2、木质耗能支撑22、柱脚节点与梁柱钢铰节点，柱脚节点一端与基础16连接，另一端与胶合木框架的胶合木柱1相连接，胶合木柱1的另一端通过梁柱钢铰节点与胶合木框架的胶合木梁2相连接，木质耗能支撑22一端与胶合木柱1的柱脚相连，另一端与另一胶合木柱1的梁柱钢铰节点的附加板连接。
如图2图3所示：柱脚节点包括柱靴3、连接基础16与柱靴3的柱脚高强螺栓9、碟形弹簧10、钢质垫板14及自攻螺钉15，其中所述柱靴3包括方钢管17、底板18以及若干加劲肋19，所述方钢管17、底板18以及若干加劲肋19通过焊接固定连接在一起。在柱靴3的底板18的合适位置处，开有若干长圆形孔洞，削弱柱靴3与柱脚高强螺栓9的局部挤压，便于结构的抬升摇摆。在柱靴3的方钢管17的前后两侧的合适位置处，分别预留若干圆孔，供自攻螺钉15依次穿过柱靴3与胶合木柱1实现紧固连接。
柱靴3浮搁置于基础16上表面处，柱脚高强螺栓9依次穿过基础16、柱靴3和若干碟形弹簧10，之后施加预紧力实现连接。
胶合木柱1左右两侧分别设置有钢质垫板14，二者共同***柱靴3的方钢管17中，并通过自攻螺钉15实现紧固连接。
如图4图5所示：梁柱钢铰节点包括连接板一4、连接板二5、梁端内嵌钢板6、柱端连接板7、梁端连接板8、梁端高强螺栓11、柱端高强螺栓12及梁柱钢铰节点连接螺栓13。其中，连接板一4与柱端连接板7焊接为整体，通过柱端高强螺栓12与胶合木柱1实现连接；连接板二5、梁端连接板8与梁端内嵌钢板6焊接为整体，通过梁端高强螺栓11与胶合木梁2实现连接；梁柱钢铰节点连接螺栓13***连接板一4与连接板二5的预留孔洞进行连接。
梁柱钢铰节点的附加板包括柱端连接板7与阻尼器连接板20，二者焊接为整体，此外，该柱端连接板7位于梁柱钢铰节点的柱端连接板7下方，并焊接在一起。
如图6图7所示：木质摩擦阻尼器22包括阻尼器钢质固定板23、阻尼器木质固定摩擦块24、阻尼器木质滑动摩擦块25、钢质阻尼器拉板26及阻尼器螺栓28。阻尼器木质滑动摩擦块25外套有钢质阻尼器拉板26，并夹在两块阻尼器木质固定摩擦块中间，阻尼器钢质固定板23分别置于阻尼器木质固定摩擦块24外表面处，其与阻尼器木质固定摩擦块24、阻尼器木质滑动摩擦块25通过阻尼器螺栓28连接为整体。木质摩擦阻尼器22两端分别连接柱靴耳板27与梁柱钢铰节点的阻尼器连接板20，(如图7所示)形成耗能支撑。
胶合木柱1及胶合木梁2，在其与其它构件连接的合适部位预留孔洞或开槽。
碟形弹簧10，若干个，置于柱靴3与柱脚高强螺栓9之间，通过预先施加在柱脚高强螺栓9的预压力，碟形弹簧10产生竖向变形，为柱靴3提供约束力矩，不仅提高柱脚节点转动刚度，而且在震后可使胶合木框架结构实现自复位。
胶合木柱1柱脚处存在一定倒角以避开柱靴3内底角焊缝，胶合木梁2梁端内嵌钢板6外侧存在一定倒角以方便内嵌钢板6的安装。
钢质垫板14略高于柱靴3以避免胶合木柱1与柱靴3的方钢管17接触部位发生局部挤压破坏。
本发明的原理是：
在胶合木框架中加入木质摩擦阻尼器22，不仅增大了结构的整体水平刚度，同时由木质摩擦阻尼器22集中耗能，耗能效果明显；此外通过调整阻尼器螺栓28的初始预紧力，以控制阻尼器22在不同强度地震下的工作状况，从而合理开发结构性能。
在胶合木柱1柱脚处套入柱靴3，柱靴3明显增大胶合木柱1受力面积，改善传统木结构柱脚节点销槽横纹承压的受力方式，此外，胶合木柱1在水平及竖向力共同作用下，柱靴3可提供额外的恢复力以提高胶合木柱1承载力。
柱靴3浮搁置于基础16顶面，且在胶合木梁2、柱1节点处采用铰节点，进一步释放结构内约束，在胶合木框架受水平力作用时，由于柱靴3底板18预留的长圆形孔洞，胶合木柱1可随柱靴3共同抬升发生摇摆耗散能量，并通过
预先在柱脚高强螺栓9施加的预紧力，碟形弹簧10可提供约束力矩实现自复位。因此本发明施工简便、耗能能力及自复位性能强。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，包括对称设置的两个胶合木柱(1)和连接在胶合木柱(1)上侧之间的胶合木梁(2)，胶合木柱(1)底部设置有用于连接基础(16)的柱靴(3)，所述的胶合木梁(2)和胶合木柱(1)之间通过梁柱钢铰节点相连，所述的胶合木柱1之间沿两木质摩擦阻尼器22对角线设置有木质摩擦阻尼器22。
2.根据权利要求1所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述胶合木柱(1)左右两侧设置有柱靴(3)和钢质垫板(14)，前后两侧设置有柱靴(3)，自攻螺钉(15)依次穿过柱靴(3)和胶合木柱(1)，实现紧固连接。
3.根据权利要求2所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的钢质垫板(14)略高于柱靴(3)。
4.根据权利要求1所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的柱靴(3)包括底板(18)，底板(18)上设置有方框结构的方钢管(17)，所述的方钢管(17)两侧设置有与底板(18)相连的加劲肋(19)，所述柱靴(3)浮搁置于基础(16)上表面处，位于方钢管(17)两侧的底板(18)上表面设置有碟形弹簧(10)，基础(16)、柱靴(3)和碟形弹簧(10)上穿过柱脚高强螺栓(9)。
5.根据权利要求1所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的木质摩擦阻尼器(22)从上至下依次为钢质固定板(23)、木质固定摩擦块(24)、木质滑动摩擦块(25)、木质固定摩擦块(24)以及钢质固定板(23)，其中木质滑动摩擦块(24)外套有钢质阻尼器拉板(26)，整体结构由阻尼器螺栓(28)紧固连接。
6.根据权利要求5所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的阻尼器木质滑动摩擦块(25)外套有钢质阻尼器拉板(26)，并夹在两块阻尼器木质固定摩擦块(25)中间，阻尼器钢质固定板(23)分别置于阻尼器木质固定摩擦块(24)外表面处，其与阻尼器木质固定摩擦块(24)、阻尼器木质滑动摩擦块(25)通过阻尼器螺栓(28)连接为整体。
7.根据权利要求5所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的柱靴(3)侧面设置有柱靴耳板(27)，梁柱钢铰节点处设置有附加连接板，木质摩擦阻尼器(22)两端分别连接柱靴耳板(27)和附加连接板，形成耗能支撑。
8.根据权利要求7所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述的附加连接板包括阻尼器连接板(20)与柱端连接板(7)，二者通过焊接连接在一起，梁柱钢铰节点包括设置在胶合木柱(1)上的柱端连接板(7)，附加连接板的柱端连接板(7)与胶合木柱(1)上的柱端连接板(7)焊接在一起。
9.根据权利要求1所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述梁柱钢铰节点包括相互铰接在一起的连接板一(4)与连接板二(5)，连接板一(4)与梁柱钢铰节点的柱端连接板(7)焊接连接，柱端连接板(7)设置在胶合木柱(1)上，连接板二(5)与梁柱钢铰节点的梁端连接板(8)通过焊接连接，梁端连接板(8)设置在胶合木梁(2)上。
10.根据权利要求9所述的木质耗能支撑-胶合木框架结构，其特征在于，所述梁柱钢铰节点的柱端连接板(7)与胶合木柱(1)通过柱端高强螺栓(12)固定连接在一起，梁端连接板(8)与胶合木梁(2)的内嵌钢板(6)通过焊接连接在一起，并通过梁端高强螺栓(11)固定连接梁端连接板(8)与胶合木梁(2)，内嵌钢板(6)位于胶合木梁(2)内侧，且与梁端连接板(8)垂直设置。
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