[發(fā)明專利]一種預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點

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• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114592597A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅波;趙仕興;趙敬賢;楊姝姮;唐元旭;何飛;陽升;李巖;郭宇航;周巧玲
• 申請（專利權(quán)）人: 四川省建筑設計研究院有限公司;天津大學
• 主分類號: E04B1/26
• 分類號: E04B1/26;E04B1/58
• 代理公司: 北京大地智谷知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11957
• 代理人: 武麗華

1.一種預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于，包括：

相互鄰接的膠合木梁(1)，每個所述膠合木梁(1)的連接端的端部均設有開槽，鋼填板(2)容置于所述開槽內(nèi)，螺栓(3)穿過所述膠合木梁(1)和所述鋼填板(2)并將兩者固定；

高強鋼帶(4)，所述高強鋼帶(4)環(huán)繞成環(huán)狀套設在所述連接端，所述高強鋼帶(4)上施加有一定的預拉力，并通過夾緊鎖扣(5)將所述高強鋼帶(4)兩端固定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：

若干所述高強鋼帶(4)均勻間隔環(huán)繞在所述螺栓(3)之間，所述高強鋼帶(4)間距越小，節(jié)點極限承載力越大。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：

所述高強鋼帶(4)的間距等于螺栓的列間距。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：

隨著預拉應力的增大，節(jié)點極限承載力先增大，達到峰值后減小，存在一個高強鋼帶(4)預拉應力臨界值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：所述臨界值與鋼帶厚度有關，與鋼帶寬度和鋼帶間距無關，鋼帶厚度越大，該預拉應力臨界值越大。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：

所述膠合木梁(1)和所述鋼填板(2)上設有位置對應的貫穿孔，螺栓(3)穿過所述貫穿孔并固定。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：所述開槽豎直設置在所述膠合木梁(1)的連接面中部，所述鋼填板(2)的高度與所述膠合木梁(1)的高度相等。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，其特征在于：

所述鎖扣(5)布置在受彎節(jié)點的受壓區(qū)域。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.首先將鋼填板(2)插入膠合木梁(1)的開槽部位，通過螺栓(3)穿入鋼填板(2)與膠合木梁(1)預先加工好的螺栓孔并進行連接；

b.對膠合木梁(1)與高強鋼帶(4)接觸的部位進行畫線定位；

c.利用打磨機對膠合木梁(1)的所述接觸部位表面的凸起棱角進行打磨，并去除表面雜質(zhì)，使節(jié)點表面與高強鋼帶(4)接觸部位平整光滑，以保證高強鋼帶(4)和膠合木梁(1)表面可以充分接觸；

d.根據(jù)膠合木梁(1)的截面尺寸裁剪高強鋼帶(4)，并在高強鋼帶(4)的一端穿入鎖扣(5)，然后將高強鋼帶(4)按照畫線位置沿膠合木梁(1)進行纏繞，將高強鋼帶(4)穿過鎖扣(5)并拉出一段長度，然后利用氣泵連接拉緊器張拉高強鋼帶(4)至設計預拉力，同時利用鎖扣機咬緊鎖扣(5)對鋼帶進行固定，之后不斷重復以上步驟直至完成整個節(jié)點的鋼帶安裝。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點的極限承載力和極限彎矩計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

假設簡支梁跨度為2l，截面尺寸為b×h，節(jié)點位于跨中，取半邊梁進行計算，以初始裂紋左邊緣處為坐標原點，假設梁為無限長梁，以豎向位移函數(shù)y(x)為未知量，基于Winkler地基梁模型，將地基模擬為剛性制作上一系列獨立的彈簧，地基表面任一點的沉降與該點單位面積上受到的壓力成正比，即

則其基本微分方程如下：

其中，EI為梁的抗彎剛度，σ(x)為地基應力，q(x)為外荷載，虛擬斷裂層的剛度K＝f_t,90²/G_f，f_t,90為木材橫紋抗拉強度，G_f為裂紋擴展斷裂模式Ⅰ臨界能量釋放率；

其對應的齊次方程的通解為

y＝e^αx(A₁cosαx+A₂sinαx)+e^-αx(A₃cosαx+A₄sinαx) (3)

其中α為特征系數(shù)，其計算公式為

無限長梁上作用集中荷載P的邊界條件為y|_x→∞＝0，可以得出：A₁＝0,A₂＝0,A₃＝A₄＝A；

由地基反力、豎樁反力與外荷載P平衡，則有：

計算得

其中，s為鋼帶與螺栓的距離，d_s為鋼帶寬度；

可以得到位移y_r(x)的表達式如下：

而普通膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點的位移y(x)的表達式如下：

則預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點的位移函數(shù)y_r(x)與普通膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點的位移函數(shù)y(x)的關系為：

則任意截面的轉(zhuǎn)角、彎矩和剪力表達式存在如下關系：

θ_r(x)＝ξθ，M_r(x)＝ξM，V_r(x)＝ξV

對于普通膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，基于已有的研究成果，考慮螺栓距梁端部的距離l_e和梁高h的影響，提出了如下計算公式：

因此，對于預應力膠合木鋼填板螺栓連接節(jié)點，單個螺栓橫紋劈裂極限承載力按照下式計算：

對于節(jié)點最外側(cè)位置的螺栓，其極限承載力為

F_d,max＝P_u/cosβ (10)

其中β為螺栓力臂與順紋方向的夾角；

則當節(jié)點最外側(cè)位置的螺栓達到極限承載力時，對應的節(jié)點極限彎矩為：