基于U形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙

基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙
技术领域
1.本发明涉及结构工程木结构建筑领域，尤其是涉及一种基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙。


背景技术：

2.正交胶合木(cross laminated timber，简称clt)属于重型工程木，其具有抗侧刚度大、承载能力好等优点，常用于多高层木结构的楼板、剪力墙等，但在地震作用下，传统clt剪力墙将因节点区过早破坏而丧失抗侧承载力，形成“弱节点、强构件”的破坏模式，且墙体抗震韧性不高、震后残余变形较大。
3.为了改善上述不足，中国专利202110691776.2公开了一种可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构，通过在clt墙肢处安装碟形弹簧装置使传统clt剪力墙具有自复位功能，并通过在连梁与墙肢连接处安装多元消能原件(摩擦型耗能件和耗能角钢)使该双肢剪力墙具备多级耗能能力，以改善其小震下耗能较差、大震下加速度响应偏高的问题。然而，该可自复位的耗能正交胶合木双肢剪力墙结构仍存在如下问题，主要包括：
4.1)基于多元消能元件实现连接的连梁与墙肢间节点的构造复杂，耗能角钢的水平肢兼用于摩擦型耗能件的摩擦面，对耗能角钢的耗能稳定性要求较高；
5.2)clt墙肢与基础间通过碟形弹簧装置连接，当clt板厚较小时，局部压力较大，墙趾处易发生局部受压破坏，并不适用于较小厚度的clt剪力墙；
6.3)多元消能原件中的摩擦型耗能件激活耗能后，摩擦面因相互摩擦而产生热量，如若散热不好而温度过高，将有引起木材燃烧的风险。


技术实现要素：

7.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抗侧性能好、震后残余变形小、装配化程度高、可自复位的基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.一种基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙，包括通过胶合木连梁横向连接的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙，其特征在于，所述的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙正背两面的左右墙趾处分别通过墙趾处u形弯板耗能弹簧与基础固定连接，所述的第一正交胶合木剪力墙和第二正交胶合木剪力墙的内侧面与胶合木连梁的连接部分别通过连梁处u形弯板耗能弹簧实现固定连接。
10.所述的第一正交胶合木剪力墙正面左墙趾处、正面右墙趾处、背面左墙趾处和背面右墙趾处分别固定设置第一墙趾处u形弯板耗能弹簧、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧和第六墙趾处u形弯板耗能弹簧，所述的第二正交胶合木剪力墙正面左墙趾处、正面右墙趾处、背面左墙趾处和背面右墙趾处分别固定设置第三墙趾处u形弯板耗能弹簧、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧和第八墙趾处u
形弯板耗能弹簧。
11.所述的第一墙趾处u形弯板耗能弹簧开口朝向基础，且通过l型墙趾角钢连接件与基础的固定连接。
12.所述的第一墙趾处u形弯板耗能弹簧的第一直线段通过螺栓与l型墙趾角钢连接件的竖直肢固定连接，第一墙趾处u形弯板耗能弹簧的第二直线段与第一正交胶合木剪力墙正面左墙趾通过螺钉钉接固定，所述的l型墙趾角钢连接件的水平肢与基础上的预埋锚栓固定连接。
13.所述的第一正交胶合木剪力墙的内侧面与胶合木连梁一端的上侧面和下侧面分别通过第一连梁处u形弯板耗能弹簧和第二连梁处u形弯板耗能弹簧连接，所述的第二正交胶合木剪力墙的内侧面与胶合木连梁另一端的上侧面和下侧面分别通过第三连梁处u形弯板耗能弹簧和第四连梁处u形弯板耗能弹簧连接。
14.所述的第一连梁处u形弯板耗能弹簧和第二连梁处u形弯板耗能弹簧的开口朝向第二正交胶合木剪力墙，所述的第三连梁处u形弯板耗能弹簧和第四连梁处u形弯板耗能弹簧的开口朝向第一正交胶合木剪力墙。
15.所述的第一连梁处u形弯板耗能弹簧的下直线段与第二连梁处u形弯板耗能弹簧的上直线段通过贯穿胶合木连梁的螺栓进行紧固，所述的第一连梁处u形弯板耗能弹簧的上直线段与与之对应的l型连梁角钢连接件的水平肢固定，l型连梁角钢连接件的竖直肢通过自攻螺钉固定在第一正交胶合木剪力墙的内侧面上，所述的第二连梁处u形弯板耗能弹簧下直线段与之对应的l型连梁角钢连接件的水平肢固定。
16.所述的第三连梁处u形弯板耗能弹簧和第四连梁处u形弯板耗能弹簧的安装方式与第一连梁处u形弯板耗能弹簧的下直线段与第二连梁处u形弯板耗能弹簧相同。
17.该自复位正交胶合木联肢剪力墙通过墙趾处u形弯板耗能弹簧和连梁处u形弯板耗能弹簧实现在小震情况下具有自复位能力，且大震情况下具有耗能能力，自复位力由墙趾处u形弯板耗能弹簧提供，耗能能力由连梁处u形弯板耗能弹簧的屈服提供。
18.通过调节u形弯板耗能弹簧的弯曲段半径及厚度，控制u形弯板耗能弹簧的性能，从而保证墙体在小震下具有自复位功能，在大震下具备耗能能力，且通过增大u形弯板耗能弹簧的宽度提高耗能能力，胶合木连梁采用连梁处u形弯板耗能弹簧和连梁角钢连接件的连接方式具有一定的变形能力，用以避免联肢剪力墙侧向受力时节点区发生受拉破坏。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.一、本发明的连梁与clt墙肢间仅通过u形弯板耗能弹簧连接，构造简单，墙体小变形下耗能弹簧具有自恢复功能，墙体大变形下耗能弹簧可稳定耗能。
21.二、clt墙肢与基础间通过u形弯板耗能弹簧连接，构造简单，并且当clt墙板厚度较小时，clt墙趾处也不会因压力过大而局压破坏。
22.三、通过在clt墙肢与基础间安装u形弯板耗能弹簧，使该clt双肢剪力墙在小变形时具有自复位功能、大变形时具有稳定耗能能力。
23.四、u形弯板耗能弹簧基于塑性变形耗能，不会因产热而温度过高，克服了引起木材燃烧的风险。
附图说明
24.图1a为本发明的一种基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙的结构正视图。
25.图1b为本发明的一种基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙的结构俯视图。
26.图2为第一墙趾处u形弯板耗能弹簧以及墙趾角钢连接件布置的三维示意图。
27.图3为本发明墙趾处u形弯板的三维示意图。
28.图4为本发明墙趾角钢连接件的三维示意图。
29.图5为本发明第一连梁处u形弯板耗能弹簧以及所述连梁角钢连接件布置的三维示意图。
30.图6为本发明连梁处u形弯板的三维示意图。
31.图7为本发明连梁角钢连接件的三维示意图。
32.图中标记说明：
33.11、第一正交胶合木剪力墙，12、第二正交胶合木剪力墙，21、第一墙趾u形弯板耗能弹簧，22、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧，23、第三墙趾处u形弯板耗能弹簧，24、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧，25、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧，26、第六墙趾处u形弯板耗能弹簧，27、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧，28、第八墙趾处u形弯板耗能弹簧，211、墙趾处u形弯板第一单肢直线段，212、墙趾处u形弯板第二单肢直线段，2111、墙趾u形弯板第一螺栓孔，2112、墙趾u形弯板第二螺栓孔，2121、墙趾u形弯板第三螺钉孔，2122、墙趾u形弯板第四螺钉孔，31、第一连梁处u形弯板耗能弹簧，32、第二连梁处u形弯板耗能弹簧，33、第三连梁处u形弯板耗能弹簧，34、第四连梁处u形弯板耗能弹簧，311、连梁处u形弯板第一单肢直线段，312、连梁处u形弯板第二单肢直线段，3111、连梁处u形弯板第一螺栓孔，3112、连梁处u形弯板第二螺栓孔，3121、连梁处u形弯板第三螺栓孔，3122、连梁处u形弯板第四螺栓孔，41、墙趾角钢连接件，411、墙趾角钢连接件第一螺栓孔，412、墙趾角钢.连接件第二螺栓孔，413墙趾角钢连接件第三螺栓孔，414、墙趾角钢构件第四螺栓孔，42、连梁角钢连接件，421、连梁角钢连接件第一螺栓孔，422、连梁角钢连接件第二螺栓孔，423、连梁角钢连接件第三螺钉孔，424、连梁角钢连接件第四螺纹孔，5、胶合木连梁。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
35.实施例
36.如图1a和1b所示，为改变clt剪力墙“弱节点、强构件”的破坏模式，解决传统联肢剪力墙抗侧刚度和变形能力间的矛盾，也为弥补传统自复位剪力墙耗能能力差，震后残余变形较大，在侧向力下预应力clt墙体呈旗帜形捏缩滞回特性的缺陷，本发明提供一种基于u形弯板耗能弹簧的自复位正交胶合木联肢剪力墙，本发明通过应用u形弯板耗能弹簧及角钢连接件，优化了连梁与剪力墙墙肢间以及剪力墙墙肢与基础间的连接性能，从而使现有正交胶合木剪力墙兼有小侧移下的自复位功能和大侧移下的耗能能力，改善了传统自复位剪力墙小震下耗能较差、大震下响应加速度偏高的缺点。
37.该自复位正交胶合木联肢剪力墙包括第一正交胶合木剪力墙11、第二正交胶合木
剪力墙12、第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧22、第三墙趾处u形弯板耗能弹簧23、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧24、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧25、第六墙趾处u形弯板耗能弹簧26、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧27、第八墙趾处u形弯板耗能弹簧28、第一连梁处u形弯板耗能弹簧31、第二连梁处u形弯板耗能弹簧32、第三连梁处u形弯板耗能弹簧33、第四连梁处u形弯板耗能弹簧34、墙趾角钢连接件41、连梁角钢连接件42胶合木连梁5，第一正交胶合木剪力墙11通过第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧22、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧25和第六墙趾处u形弯板耗能弹簧26分别与墙趾角钢连接件41竖肢通过螺栓基础，墙趾角钢连接件41水平肢均通过螺栓锚固于基础表面；第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧22位于第一正交胶合木剪力墙11的前侧、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧25和第六墙趾处u形弯板耗能弹簧26位于第一正交胶合木剪力墙11的后侧。
38.第二正交胶合木剪力墙12通过第三墙趾处u形弯板耗能弹簧23、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧24、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧27和第八墙趾处u形弯板耗能弹簧28分别与对应的墙趾角钢连接件41竖肢通过螺栓连接，墙趾角钢连接件41水平肢均通过螺栓锚固于基础表面；第三墙趾处u形弯板耗能弹簧23、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧24位于第二正交胶合木剪力墙12的前侧，第七墙趾处u形弯板耗能弹簧27、第八墙趾处u形弯板耗能弹簧28位于第二正交胶合木剪力墙12的后侧。
39.本发明中，胶合木连梁5通过第一连梁处u形弯板耗能弹簧31与第二连梁处u形弯板耗能弹簧32分别与对应的连梁角钢连接件水平肢42螺栓连接，连梁角钢连接件42竖向肢均通过螺钉钉接于第一正交胶合木剪力墙11的侧边；第一连梁处u形弯板耗能弹簧31与第二连梁处u形弯板耗能弹簧32分别位于胶合木连梁5的上侧和下侧。胶合木连梁5通过第三连梁处u形弯板耗能弹簧33与第四连梁处u形弯板耗能弹簧34分别与对应的连梁角钢连接件42水平肢螺栓连接，连梁角钢连接件42竖向肢均通过螺钉钉接于第二正交胶合木剪力墙12的侧边，第三连梁处u形弯板耗能弹簧33与第四连梁处u形弯板耗能弹簧34分别位于胶合木连梁5的上侧和下侧。
40.本发明中，第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧22、第三墙趾处u形弯板耗能弹簧23、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧24、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧25、第六墙趾处u形弯板耗能弹簧26、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧27和第八墙趾处u形弯板耗能弹簧28的构造相同。例如，第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21的第一单肢直线段211和第一角钢连接件41通过螺栓连接。u形弯板耗能弹簧21的第一单肢直线段211上预留墙趾u形弯板第一螺栓孔2111、墙趾u形弯板第二螺栓孔2112，墙趾角钢连接件41上预留墙趾角钢连接件第一螺栓孔411、预留墙趾角钢连接件第二螺栓孔412、预留墙趾角钢连接件第三螺栓孔413、预留墙趾角钢连接件第四螺栓孔414。通过墙趾u形弯板第一螺栓孔2111和预留墙趾角钢连接件第一螺栓孔411，以及通过螺栓贯穿墙趾u形弯板第二螺栓孔2112和预留墙趾角钢连接件第二螺栓孔412，实现第一单肢直线段211与墙趾角钢连接件41的连接。在u形弯板耗能弹簧21的第二单肢直线段212上预留墙趾u形弯板第三螺钉孔2121和墙趾u形弯板第四螺钉孔2122，将u形弯板耗能弹簧21钉接于第一正交胶合木剪力墙11。
41.本发明中，第一连梁处u形弯板耗能弹簧31、第二连梁处u形弯板耗能弹簧32、第三连梁处u形弯板耗能弹簧33、第四连梁处u形弯板耗能弹簧34的构造相同。例如，第一连梁处
u形弯板耗能弹簧31的第一单肢直线段311和连梁角钢连接件42通过螺栓连接。第一单肢直线段311上预留连梁u形弯板第一螺栓孔3111、连梁u形弯板第二螺栓孔3112，第二单肢直线段312上预留连梁u形弯板第三螺栓孔3121、连梁u形弯板第四螺栓孔3122。连梁角钢连接件42的水平肢上预留第一螺栓孔421和第二螺栓孔422，连梁角钢连接件42的竖肢上预留第三螺钉孔423和第四螺钉孔424。通过螺栓贯穿连梁处u形弯板第一螺栓孔3111和连梁角钢连接件第一螺栓孔421，以及通过螺栓贯穿连梁处u形弯板第二螺栓孔3112和连梁角钢连接件第二螺栓孔422，实现第一单肢直线段311与角钢连接件312的连接。在第一连梁处u形弯板耗能弹簧31的第二单肢直线段312上预留第三螺栓孔3121和第四螺栓孔3122，通过螺栓贯穿第三螺栓孔3121和第四螺栓孔3122，将第一连梁处u形弯板耗能弹簧31紧固于胶合木连梁5的上侧。通过自攻螺钉贯穿连梁角钢连接件42竖肢上的第三螺钉孔423和第四螺钉孔424，将连梁角钢连接件42钉接于第一正交胶合木剪力墙11的侧边，从而实现胶合木连梁5与第一正交胶合木剪力墙11的拼接。
42.结合上述结构描述，该剪力墙的安装过程如下：
43.工厂在第一正交胶合木剪力墙11的左右墙趾两侧预留螺纹孔，用以分别连接第一墙趾处u形弯板耗能弹簧21、第二墙趾处u形弯板耗能弹簧22、第五墙趾处u形弯板耗能弹簧25和第六墙趾处u形弯板耗能弹簧26，在第二正交胶合木剪力墙12的左右墙趾两侧预留螺钉孔，用以分别连接第三墙趾处u形弯板耗能弹簧23、第四墙趾处u形弯板耗能弹簧24、第七墙趾处u形弯板耗能弹簧27和第八墙趾处u形弯板耗能弹簧28，并在基础上预埋锚栓，用以连接各墙趾处u形弯板耗能弹簧，第一连梁u形弯板耗能弹簧31与胶合木连梁5通过螺栓贯穿u形弯板第三螺栓孔3121和u形弯板第四螺栓孔3122将第一连梁处u形弯板耗能弹簧31紧固于胶合木连梁5的上侧。
44.如图2、图3和图4所示，在工地现场将墙趾处u形弯板耗能弹簧21与墙趾角钢连接件41通过墙趾u形弯板第一螺栓孔2111和预留墙趾角钢连接件第一螺栓孔411，以及通过螺栓贯穿墙趾u形弯板第二螺栓孔2112和预留墙趾角钢连接件第二螺栓孔412，实现第一单肢直线段211与墙趾角钢连接件41的连接。第一墙趾u形弯板耗能弹簧21与第一正交胶合木剪力墙11通过第二单肢直线段212上预留的墙趾u形弯板第三螺钉孔2121和墙趾u形弯板第四螺钉孔2122，将u形弯板耗能弹簧21钉接于第一正交胶合木剪力墙11上，通过基础上的预埋锚栓穿过墙趾角钢连接件第三螺栓孔413和墙趾角钢连接件第四螺栓孔414，实现u形弯板耗能弹簧21与基础的连接。
45.如图5、图6和图7所示，在工地现场将连梁处u形弯板耗能弹簧31与连梁角钢连接件42通过螺栓贯穿连梁处u形弯板第一螺栓孔3111和连梁角钢连接件第一螺栓孔421，以及通过螺栓贯穿连梁处u形弯板第二螺栓孔3112和角钢连接件第二螺栓孔422，实现第一单肢直线段311与连梁角钢连接件42的连接，第一连梁u形弯板耗能弹簧31与胶合木连梁5通过螺栓贯穿u形弯板第三螺栓孔3121和u形弯板第四螺栓孔3122，将第一连梁处u形弯板耗能弹簧31紧固于胶合木连梁5的上侧，通过自攻螺钉贯穿连梁角钢连接件42竖肢上的第三螺钉孔423和第四螺钉孔424，将连梁角钢连接件42钉接于第一正交胶合木剪力墙11的侧边，从而实现胶合木连梁4与第一正交胶合木剪力墙11的拼接。
46.综上，本发明提出在clt剪力墙的左右墙趾两端及两侧分别设置u形弯板耗能弹簧，u形弯板耗能弹簧通过角钢螺栓与墙体和基础固定连接，形成在小震情况下具有自复位
能力，且大震情况下具有耗能能力的联肢剪力墙结构。墙体的自复位力由与基础和clt剪力墙连接的u形弯板耗能弹簧提供，墙体的耗能能力由u形弯板耗能弹簧的屈服提供。通过设计u形弯板耗能弹簧的弯曲段半径及钢板的厚度，可以控制u形弯板耗能弹簧的性能，从而保证墙体在小震下具有自复位功能，在大震下具备耗能能力；且能够通过增大u形弯板耗能弹簧的宽度来提高联肢剪力墙的耗能能力，性能调节方便。胶合木连梁通过u形弯板耗能弹簧和角钢与墙肢螺栓连接，该连接方式具有一定的变形能力，可避免联肢墙体侧向受力时节点区发生受拉破坏。该可自复位的u形弯板耗能弹簧重木联肢剪力墙可较好的解决墙体抗侧刚度与变形能力的矛盾，具有良好的自复位能力，且具有耗能能力，震后墙体塑性变形集中于u形弯板耗能弹簧构件连接区域，修复方便，墙体残余变形较小，另外，该u形弯板耗能弹簧自复位重木联肢剪力墙的组成构件均可在工厂预制，工程现场仅需安装螺栓，装配化程度高，施工方便。