一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑

摘要

本发明涉及一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑，包括核心耗能钢板(2)和两块胶合木(1)，胶合木(1)上开有与核心耗能钢板(2)匹配的卡槽，两块胶合木(1)通过卡槽夹住核心耗能钢板(2)，两块胶合木(1)之间连接有自攻螺钉(4)，约束支撑还包括长螺栓(3)，核心耗能钢板(2)包括中间板(21)，中间板(21)通过连接板对称连接有两块端板(24)，中间板(21)上设有第二通孔(211)，胶合木(1)上设有第一通孔(13)，长螺栓(3)穿过第二通孔(211)以及两块胶合木(1)的第一通孔(13)，并通过螺母固定。与现有技术相比，本发明具有侧向刚度大、抗屈曲能力强、高延性和低损伤等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程建筑工程领域，尤其是涉及一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑。

背景技术

随着经济的发展和对建筑品质、建筑可持续性能需求的提升，木材是一种可再生、可循环、可降解的建筑材料，相比其它建筑材料，木材的生产能耗要低75％以上。另外，木结构在生命周期终点被拆除后，其90％的建筑材料可用于建造其他建筑或作为能源燃烧而被循环利用。装配式木结构建筑施工无需重型器械，以现场拼装为主，施工过程中扬尘少、污染小能耗低。可以预见，装配式木结构在我国未来的工程实践中具有巨大的应用空间。梁柱木框架结构是装配式木结构的一种重要形式，木框架结构中梁柱间距较大，可提供灵活的使用空间，因此被大量应用于商务及共用建筑中。现代木框架结构形式主要包括木框架支撑与木框架剪力墙结构等，此类结构体系轻盈、美观且装配化程度较高，因此，梁柱木框架结构体系成为一种必不可少的结构形式。

然而，木结构自重轻，设计时其等效侧向荷载相对较低，较容易满足抗震设计中“大震不倒”的要求，不同于其他结构，侧向刚度较低，木结构在地震作用下较容易产生局部破坏，地震过后，未倒塌的结构产生1％-3％的残余层间位移角，失去了修缮价值。

屈曲约束支撑是一种常见的消能减震装置，在建筑工程领域得到了较为广泛的应用。普通支撑在大震作用下屈曲失稳，接近于受弯机制。屈曲约束支撑的外包约束构件限制支撑的弯曲变形，使支撑主要承受轴向力，并在拉压时均能屈服耗能。这种拉压同性使得屈曲约束支撑体系较之普通支撑框架具有造价低、易替换、结构安全度高以及结构设计灵活等优点。钢-木屈曲约束支撑是针对于木框架结构所提出的一类消能减震装置，内部核心耗能钢板作为耗能构件承担动力荷载，胶合木充当约束单元，支撑内核心耗能钢板被胶合木整体包裹，约束屈服段通过胶合木与核心耗能钢板受力单元接触，对核心耗能钢板起到约束作用，提高支撑的稳定性，降低其平面外失稳的可能性。

现有针对胶合木框架结构体系中钢-木屈曲约束支撑的发明与研究较少，仅存在一种钢-木屈曲约束支撑，其核心耗能钢板较长且均为等截面贯穿支撑，约束胶合木通过自攻螺钉或气枪钉和夹具进行固定，然而较长的核心耗能钢板会使此类支撑受压力的有效长度较大，增加了其支撑受压屈曲和平面外失稳，从而导致胶合木破坏的可能性，另外，通过自攻螺钉或气枪钉和夹具进行紧固难以提供可靠的约束力，易导致钢-木构件之间、胶合木板材之间出现滑移。

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中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑，侧向刚度大，抗屈曲能力强，高延性，低损伤。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑，包括核心耗能钢板和两块胶合木，所述的胶合木上开有与核心耗能钢板匹配的卡槽，所述的两块胶合木之间连接有自攻螺钉，构成套筒，所述的两块胶合木通过卡槽夹住核心耗能钢板，所述的约束支撑还包括长螺栓，所述的核心耗能钢板包括中间板，所述的中间板通过连接板对称连接有两块端板，所述的端板的材料为金属，所述的中间板上设有第二通孔，所述的胶合木上设有与第二通孔对应的第一通孔，所述的长螺栓穿过第二通孔以及两块胶合木的第一通孔，并通过螺母固定；

核心耗能钢板的中间板可通过长螺栓与胶合木锚固，一方面，在支撑整体轴向耗能长度不变的情况下，能够提供足够的紧固力，避免核心耗能钢板在受到轴向力作用时两块胶合木之间以及胶合木和核心耗能钢板之间发生滑移现象，同时可避免支撑在大变形的情况下出现胶合木外侧劈裂的破坏模式；另一方面，长螺栓在核心耗能钢板中部提供固定，缩短了核心耗能钢板的平面外失稳计算有效长度，从而显著降低其受压后发生平面外弯曲的可能性，成倍增大支撑能承担的临界压力，提高了支撑的受压稳定性。

进一步地，所述的端板和连接板呈十字交叉状连接，所述的端板和连接板通过角焊连接，载荷通过端板和连接板的轴心进行传递，避免因偏心载荷引起受压失稳，所述的卡槽包括第一卡槽和第二卡槽，所述的中间板和连接板卡在第一卡槽内，所述的端板一端插入第二卡槽，另一端位于第二卡槽外；

所述的端板能够有效缩短核心耗能钢板的有效长度，显著降低耗能过程中平面外的分力。

所述的核心耗能钢板采用一字型，相比于十字型结构，构造更简单，便于加工和锚固。

进一步地，所述的端板和第二卡槽之间设有第一缓冲垫块，第一缓冲垫块采用橡胶，具有高弹性和高阻尼的优点，避免端板和第二卡槽之间的接触面发生挤压破坏，使用寿命长。

进一步地，所述的连接板包括第一连接板和第二连接板，所述的中间板、第一连接板、第二连接板和端板依次连接。

进一步地，所述的中间板和第一连接板一体化设计。

进一步地，所述的第一连接板上设有卡套，所述的中间板通过限位件和限位部的匹配卡在卡套内，所述的核心耗能钢板的结构关于中间板对称，可单独对核心耗能钢板的任意一端进行拆装，当核心耗能钢板在震后产生损坏时，可将核心耗能钢板损坏严重的一端进行拆卸和替换，避免对核心耗能钢板进行整体替换而导致材料浪费，降低维修成本，同时核心耗能钢板采用可拆装式结构，其各个构件可分别加工和搬运，可缩短生产周期，具有经济性、高效性、装配化程度高、易于安装修复以及震后可更换的优点。

进一步地，所述的限位部包括分别设置在卡套和中间板上的第四通孔和第五通孔，所述的限位件为短螺栓，所述的短螺栓穿过第四通孔和第五通孔，结构稳定。

进一步地，所述的限位部为设置在中间板上的榫槽，所述的限位件为榫头，所述的榫头设置在卡套上，且与榫槽相匹配，所述的中间板插入卡套内，所述的榫头插入榫槽内，无需拆卸螺栓，结构简单，拆装简便。

进一步地，所述的榫槽相对的两个侧壁与榫头之间设有第二缓冲垫块，第二缓冲垫块采用树脂或橡胶，降低支撑受到拉压作用时对榫头产生的冲击效应。

进一步地，所述的第二连接板和中间板的宽度大于第一连接板的宽度，所述的核心耗能钢板在中间板处采用截面放大设计，所述的第一卡槽与中间板相匹配，实现第一卡槽对核心耗能钢板沿核心耗能钢板轴向的限位，结构简单且稳定，所述的第二连接板的与第一连接板连接的端部宽度逐渐减小，抗拉强度大，结构稳定。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明核心耗能钢板中点处的中间板可通过长螺栓与胶合木锚固，支撑整体轴向耗能长度不变的情况下，能够提供足够的紧固力，避免核心耗能钢板在受到轴向力作用时两块胶合木之间以及胶合木和核心耗能钢板之间发生滑移现象，同时可避免支撑在大变形的情况下出现胶合木外侧劈裂的破坏模式，长螺栓在核心耗能钢板中部提供固定，缩短了核心耗能钢板的平面外失稳计算有效长度，侧向刚度大，显著降低其受压后发生平面外弯曲的可能性，成倍增大支撑能承担的临界压力，提高了支撑的受压稳定性，抗屈曲能力强，同时卡槽为核心耗能钢板的塑性变形提供空间，使得支撑在地震中保持弹性状态，具有高延性，从而减小支撑的位移响应和损伤；

(2)本发明端板能够有效缩短核心耗能钢板的有效长度，显著降低耗能过程中核心耗能钢板所在平面外的分力，降低支撑受压后发生平面外弯曲的可能性，成倍增大支撑能承担的临界压力，提高了支撑的受压稳定性，避免核心耗能钢板过早屈曲而导致支撑失效，端板和连接板呈十字交叉状连接，载荷通过端板和连接板的轴心进行传递，避免因偏心载荷引起受压失稳；

(3)本发明核心耗能钢板采用一字型，相比于十字型结构，构造更简单，便于加工和锚固；

(4)本发明端板和第二卡槽之间设有第一缓冲垫块，第一缓冲垫块的材料为橡胶，具有高弹性和高阻尼的优点，避免端板和第二卡槽之间的接触面发生挤压破坏，使用寿命长；

(5)本发明第一连接板上设有卡套，所述的中间板通过限位件和限位部的匹配卡在卡套内，所述的核心耗能钢板的结构关于中间板对称，可单独对核心耗能钢板的任意一端进行拆装，当核心耗能钢板在震后产生损坏时，可将核心耗能钢板损坏严重的一端进行拆卸和替换，避免对核心耗能钢板进行整体替换而导致材料浪费，降低维修成本，同时核心耗能钢板采用可拆装式结构，其各个构件可分别加工和搬运，可缩短生产周期，具有经济性、高效性、装配化程度高、易于安装修复以及震后可更换的优点；

(6)本发明限位部包括分别设置在卡套和中间板上的第四通孔和第五通孔，限位件为短螺栓，短螺栓穿过第四通孔和第五通孔，结构稳定，拆装简便；

(7)本发明限位部为设置在中间板上的榫槽，限位件为榫头，榫头设置在卡套上，且与榫槽相匹配，中间板插入卡套内，榫头插入榫槽内，榫卯连接方式无需拆卸螺栓，结构简单，拆装简便；

(8)本发明榫槽相对的两个侧壁与榫头之间设有第二缓冲垫块，第二缓冲垫块采用树脂或橡胶，降低支撑受到拉压作用时对榫头产生的冲击效应；

(9)本发明第二连接板和中间板的宽度大于第一连接板的宽度，核心耗能钢板在中间板处采用截面放大设计，第一卡槽与中间板相匹配，实现第一卡槽对核心耗能钢板沿核心耗能钢板轴向的限位，结构简单且稳定，第二连接板的与第一连接板连接的端部宽度逐渐减小，抗拉强度大，结构稳定。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为实施例1中本发明的爆炸结构示意图；

图3为实施例1中胶合木的立体结构示意图；

图4为实施例1中核心耗能钢板的立体结构示意图；

图5为框架结构示意图；

图6为图5中A处放大示意图；

图7为实施例2中核心耗能钢板的立体结构示意图；

图8为实施例2中卡套的立体结构示意图；

图9为实施例2中中间板的立体结构示意图；

图10为实施例3中核心耗能钢板的立体结构示意图；

图11为实施例3中卡套的立体结构示意图；

图12为实施例3中中间板的立体结构示意图；

图13为第二缓冲垫块的安装位置示意图；

图14为实施例2和实施例3中胶合木的立体结构示意图；

图中标号说明：

1.胶合木，2.核心耗能钢板，3.长螺栓，4.自攻螺钉，5.短螺栓，6.第一缓冲垫块，7.立柱，8.横梁，9.耳板，11.第一卡槽，12.第二卡槽，13.第一通孔，14.沉孔，21.中间板，22.第一连接板，23.第二连接板，24.端板，211.第二通孔，212.第四通孔，213.榫槽，221.卡套，222.第五通孔，223.榫头，224.第二缓冲垫块，241.第三通孔。

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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑，如图1、图2、图3和图4，包括核心耗能钢板2和相同的两块胶合木1，胶合木1上开有与核心耗能钢板2匹配的卡槽，两块胶合木1之间连接有自攻螺钉4，构成套筒，两块胶合木1通过卡槽夹住核心耗能钢板2，约束支撑还包括长螺栓3，核心耗能钢板2包括中间板21，中间板21通过连接板对称连接有两块端板24，端板24的材料为金属，端板24端部开有倒圆角，端板24上开有第三通孔241，中间板21上设有多个第二通孔211，胶合木1上设有与第二通孔211对应的第一通孔13，长螺栓3穿过第二通孔211以及两块胶合木1的第一通孔13，并通过螺母固定；

载荷由核心耗能钢板2承担，核心耗能钢板2通过塑性变形以耗散输入其的能量，由两块胶合木1构成的套筒作为约束构件，核心耗能钢板2的中间板21可通过长螺栓3与胶合木1锚固，一方面，在支撑整体轴向耗能长度不变的情况下，能够提供足够的紧固力，避免核心耗能钢板2在受到轴向力作用时两块胶合木1之间以及胶合木1和核心耗能钢板2之间发生滑移现象，同时可避免支撑在大变形的情况下出现胶合木1外侧劈裂的破坏模式；另一方面，长螺栓3在核心耗能钢板2中部提供固定，缩短了核心耗能钢板2的平面外失稳计算有效长度，从而显著降低其受压后发生平面外弯曲的可能性，成倍增大支撑能承担的临界压力，提高了支撑的受压稳定性，避免核心耗能钢板2过早屈曲而导致支撑失效。

连接板包括第一连接板22和第二连接板23，中间板21、第一连接板22、第二连接板23和端板24依次连接，中间板21、第一连接板22和第二连接板23一体化设计，端板24和第二连接板23通过角焊连接，端板24和第二连接板23呈十字交叉状，载荷通过端板24和连接板的轴心进行传递，避免因偏心载荷引起受压失稳，卡槽包括第一卡槽11和第二卡槽12，中间板21和连接板卡在第一卡槽11内，端板24一端插入第二卡槽12，另一端位于第二卡槽12外，卡槽为核心耗能钢板2的塑性变形提供空间。

第二连接板23和中间板21的宽度大于第一连接板22的宽度，核心耗能钢板2在中间板21处采用截面放大设计，第一卡槽11与中间板21相匹配，实现第一卡槽11对核心耗能钢板2沿该核心耗能钢板2轴向的限位，结构简单且稳定，第二连接板23的与第一连接板22连接的端部宽度逐渐减小，抗拉强度大，结构稳定。

核心耗能钢板2采用一字型，相比于十字型结构，构造更简单，便于加工和锚固。

端板24和第二卡槽12之间设有第一缓冲垫块6，第一缓冲垫块6的材料为橡胶，具有高弹性和高阻尼的优点，避免端板24和第二卡槽12之间的接触面发生挤压破坏，使用寿命长。

自攻螺钉4的数量为多个，多个自攻螺钉4对称设置在核心耗能钢板2两侧，且沿核心耗能钢板2轴心方向间隔设置，自攻螺钉4可以连接两块胶合木1，同时可以紧固胶合木1，防止胶合木1板材在受力时沿顺纹出现滑移现象。

支撑的安装过程为：

将核心耗能钢板2置于卡槽内，通过长螺栓3和螺母将核心耗能钢板2与两块胶合木1锚固在一起，将多个自攻螺钉4打入两块胶合木1，使得两块胶合木1更紧密地贴合在核心耗能钢板2两侧，从而保证足够的约束力，如图5和图6，再将支撑两侧的端板24与框架的立柱7或横梁8上的耳板9连接。

实施例2

如图7、图8、图9和图14，本实施例中，第一连接板22上设有卡套221，中间板21通过限位件和限位部的匹配卡在卡套221内，核心耗能钢板2的结构关于中间板21对称，可单独对核心耗能钢板2的任意一端进行拆装，当核心耗能钢板2在震后产生损坏时，可将核心耗能钢板2损坏严重的一端进行拆卸和替换，避免对核心耗能钢板2进行整体替换而导致材料浪费，降低维修成本，同时核心耗能钢板2采用可拆装式结构，其各个构件可分别加工和搬运，可缩短生产周期，具有经济性、高效性、装配化程度高、易于安装修复以及震后可更换的优点，契合目韧性结构设计理念。

限位部包括分别设置在卡套221和中间板21上的第四通孔212和第五通孔222，限位件为短螺栓5，短螺栓5穿过第四通孔212和第五通孔222，结构稳定。

第一卡槽11内设有与短螺栓5匹配的沉孔14，短螺栓5容纳在沉孔14内。

其它与实施例1相同。

实施例3

如图10、图11、图12、图13和图14，本实施例中，第一连接板22上设有卡套221，中间板21通过限位件和限位部的匹配卡在卡套221内，核心耗能钢板2的结构关于中间板21对称，可单独对核心耗能钢板2的任意一端进行拆装，当核心耗能钢板2在震后产生损坏时，可将核心耗能钢板2损坏严重的一端进行拆卸和替换，避免对核心耗能钢板2进行整体替换而导致材料浪费，降低维修成本，同时核心耗能钢板2采用可拆装式结构，其各个构件可分别加工和搬运，可缩短生产周期，具有经济性、高效性、装配化程度高、易于安装修复以及震后可更换的优点，契合目韧性结构设计理念。

限位部为设置在中间板21上的榫槽213，限位件为榫头223，榫头223设置在卡套221上，且与榫槽213相匹配，中间板21插入卡套221内，榫头223插入榫槽213内，无需拆卸螺栓，结构简单，拆装简便。

榫槽213相对的两个侧壁与榫头223之间设有第二缓冲垫块224，第二缓冲垫块224采用树脂或橡胶，降低支撑受到拉压作用时对榫头223产生的冲击效应。

其它与实施例1相同。

实施例1、实施例2和实施例3提出了一种中点螺栓加强型胶合木屈曲约束支撑，通过长螺栓3将位于核心耗能钢板2中点处的中间板21锚固在胶合木1上，缩短了核心耗能钢板2的平面外失稳计算有效长度，同时端板24同样能够有效缩短核心耗能钢板2的有效长度，最终使得核心耗能钢板2的有效长度大大减小，侧向刚度大，显著降低耗能过程中平面外的分力，核心耗能钢板2受压后发生平面外弯曲的可能性显著降低，支撑能承担的临界压力大大提高，提高了支撑的受压稳定性，同时卡槽为核心耗能钢板2的塑性变形提供空间，使得支撑在地震中保持弹性状态，具有高延性和高阻尼的优点，从而减小支撑的位移响应和损伤，支撑的低损伤性能好，同时支撑发生破坏后便于拆卸和更换。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。