一种高强耗能型钢-胶-木复合连接件

1.本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种高强度高刚度，并且耗能能力强的钢-胶-木复合连接件，尤其涉及一种适用于现代多高层正交胶合木结构的具有高强耗能特点的钢-胶-木复合抗拔、抗剪连接件。


背景技术：

2.木材是四大建材中唯一可再生的绿色建材，现代木结构具有低碳环保、节能保温、抗震安全、装配化程度高、建造迅速等特点。合理利用木材作为建筑材料是国家可持续发展的重要途径。我国人口众多，土地资源匮乏，发展中高层木结构是未来解决城市人口密度，创建绿色宜居城市的重要发展方向。正交胶合木(cross laminated timber，简称clt)剪力墙结构承载能力强，抗侧刚度大，装配化程度高，防火抗震，保温隔热，多高层clt剪力墙结构作为绿色建材及装配化建造，在我国有广泛应用前景。由于木结构自重低，抗倾覆力的固有阻力小，极易引起稳定性问题，而这一问题对多高层clt剪力墙结构尤为突出。在高烈度区及多高层clt剪力墙结构中，墙体底端所需的抗剪、抗拔力较大，传统连接件承载能力和刚度有限。因此研发具有强度高、刚度大、耗能能力强的高性能抗剪、抗拔件是保障多高层clt剪力墙结构抗震设计的关键，具有重要的理论和现实意义。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明为了解决在高烈度区及多高层clt剪力墙结构中，墙体底端所需的抗剪力、抗拔力较大，传统连接件承载能力和刚度有限，耗能能力与抗震效果不佳的问题，提供一种高强耗能型钢-胶-木复合连接件。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种高强耗能型钢-胶-木复合连接件，包括两侧和底部开设有安装插槽的正交胶合木墙体、抗拔连接件和抗剪连接件，抗拔连接件插接在正交胶合木墙体左右两侧，抗剪连接件插接在正交胶合木墙体底部；抗拔连接件包括与正交胶合木墙体左右两侧安装插槽相适配的开孔钢板、填充在正交胶合木墙体插槽内开孔钢板通孔中的胶黏剂和粘贴在开孔钢板外侧端部的阻胶胶带和用于支撑开孔钢板的钢板底座，抗拔连接件形成钢-胶-木复合系统，开孔钢板与其孔洞中的胶黏剂形成大量“粘合销钉”，承受正交胶合木墙体所受的拉力/剪力，阻胶胶带粘贴处未形成“粘合销钉”的开孔钢板中胶粘剂与开孔钢板形成“钢连接”，在正交胶合木墙体内自由变形耗能。
6.本基础方案的有益效果：抗拔连接件中的开孔钢板插接在正交胶合木墙体左右两侧的安装插槽中，开孔钢板通过胶黏剂与正交胶合木墙体粘合在一起，形成一个钢-胶-木复合系统，胶黏剂在开孔钢板的每个孔洞中形成一个“粘合销钉”，无数个孔洞即形成无数个“粘合销钉”，大量“粘合销钉”的共同作用，承受正交胶合木墙体所受的拉力/剪力，其承载力强度与刚度相较于传统螺钉连接件巨幅增加，其强度可根据设计可达上千kn，而传统螺钉抗拔件通常只能100～400kn。“粘合销钉”的强度、刚度又与开孔钢板的数量、形状、间
距有关，可根据设计选定和调整。
7.与此同时，在开孔钢板外侧表面粘贴阻胶胶带，这样贴有阻胶胶带的开孔钢板与正交胶合木墙体没有直接刚性连接，粘贴在开孔钢板外侧端部的阻胶胶带阻止了部分“粘合销钉”的形成，这部分未形成“粘合销钉”的开孔钢板可以在正交胶合木墙体内自由变形耗能，形成初步耗能机制。开孔钢板的耗能与受力都发生在正交胶合木墙体的插槽内部，地震发生时能够自由变形，实现连接件在正交胶合木墙体内部的耗能。连接件在在受力变形和破坏过程中不会对正交胶合木墙体劈裂或损坏，能很好保护墙体本身的受力性能。
8.进一步，开孔钢板外侧焊接有狗骨型外钢板，钢板底座焊接在狗骨型外钢板底部，钢板底座上开设有预留孔，钢板底座通过预留孔内插入合适的高强螺栓与楼面连接。有益效果：狗骨型外钢板在承受地震载荷的同时能够将地震应力集中在狗骨型外钢板弧形应力槽处进行双层耗能。狗骨型外钢板竖向连接在正交胶合木墙体左右两侧，起到变形二次耗能的效果。
9.进一步，钢板底座与狗骨型外钢板连接处设有加劲肋。有益效果：便于提高钢板底座与狗骨型外钢板的连接强度和防屈曲的效果。
10.进一步，开孔钢板外侧焊接有连接钢板，连接钢板上固定安装有若干u型弯曲钢板，u 型弯曲钢板上固定安装有c型钢板，钢板底座焊接在c型钢板底部。有益效果：u型弯曲钢构件在承受地震载荷的同时能够将地震应力集中在u型弯曲钢构件上进行双层耗能，且损坏后可以进行更换，提高了连接节点处高层正交胶合木剪力墙结构的使用寿命。c型钢板竖向连接在正交胶合木墙体左右两侧，起到防屈曲的效果。
11.进一步，钢板底座与c型钢板连接处设有加劲肋。有益效果：便于提高钢板底座与c型钢板的连接强度且与c型钢板协同起到防屈曲的效果。
12.进一步，连接钢板、u型弯曲钢构件和c型钢板上均开设有螺栓孔。有益效果：通过在连接钢板、u型弯曲钢构件的螺栓孔内插入合适的高强螺栓实现连接钢板、u型弯曲钢构件的固定连接，通过在u型弯曲钢构件和c型钢板的螺栓孔内插入合适的高强螺栓实现u型弯曲钢构件和c型钢板的固定连接。
13.进一步，抗剪连接件包括与正交胶合木墙体底部安装插槽相适配的开孔钢板、填充在正交胶合木墙体插槽内开孔钢板通孔中的胶黏剂、粘贴在开孔钢板外侧端部的阻胶胶带、焊接在开孔钢板底部的连接钢板和焊接在连接钢板底部的钢板底座。有益效果：将开孔钢板插接在正交胶合木墙体底部的安装插槽中，向该安装插槽中填充胶黏剂，形成大量的“粘合销钉”，增强正交胶合木墙体与开孔钢板的连接强度，与此同时，在开孔钢板外侧表面粘贴阻胶胶带，实现正交胶合木墙体与开孔钢板的内部耗能进行抗剪；开孔钢板的外侧焊接连接钢板，连接钢板底部焊接钢板底座，通过钢板底座与楼板固定连接。
14.进一步，开孔钢板的数量与尺寸可以根据设计需要进行调整，开孔钢板上的孔型为圆孔、椭圆孔、腰型孔中的一种或者多种结合。有益效果：通过开孔钢板上孔型、孔径的调整，改变所形成的单个“粘合销钉”的强度，而开孔钢板的数量与尺寸则决定了“粘合销钉”的个数，根据设计需求调整孔钢板的数量与尺寸以及开孔形状，从而调整了“粘合销钉”的单个设计强度与总的个数，进而调整了整个开孔钢板与正交胶合木墙体的连接强度，实现钢-胶
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木的复合。
15.进一步，“粘合销钉”的形状与开孔钢板上通孔的孔型形状、大小相适配；阻胶胶带
覆盖范围内的“钢连接”的承载力与开孔钢板的间距相适配。
16.进一步，“粘合销钉”整体强度与单个“粘合销钉”的强度以及“粘合销钉”的数量有关，“钢连接”的整体强度与单个“钢连接”的强度以及“钢连接”的数量有关，设计时应使“粘合销钉”整体承载力大于阻胶胶带覆盖范围内的“钢连接”承载力，以保证该高强耗能型钢-胶-木复合连接件与正交胶合木墙体的刚接，且阻胶胶带覆盖范围内的“钢连接”的整体承载力、延性应与高强耗能型钢-胶-木复合连接件的设计强度与刚度相适配。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明所公开的高强耗能型钢-胶-木复合连接件中，抗拔连接件、抗剪连接件均由开孔钢板、连接钢板、阻胶胶带、高强螺栓及钢板底座共同组成，通过正交胶合木墙体插槽中注入的胶黏剂连接正交胶合木墙体与开孔钢板，形成采用钢-胶-木复合系统。开孔钢板内嵌正交胶合木墙体注胶后，形成大量“粘合销钉”，抗拔连接件、抗剪连接件在“粘合销钉”作用下，与正交胶合木墙体成为强度高、刚度大的刚性连接。同时，在开孔钢板外侧端部上粘贴阻胶胶带，阻止部分钢板与胶黏剂接触，未与胶黏剂接触的开孔钢板在孔洞与孔洞间形成“钢连接”，可在正交胶合木墙体插槽内自由变形，延性大幅度增加，滞回曲线饱满，耗能良好。该连接件将延性屈服和能量耗散限制在正交胶合木墙体内部，通过控制开孔钢板孔洞的个数以及被阻胶胶带覆盖的空洞个数，能有效控制连接件的承载力、刚度以及耗能特性，设计简单方便，曲线饱满，耗能良好。
19.2、本发明所公开的高强耗能型钢-胶-木复合连接件中，抗拔连接件相对于抗剪连接件还增加了狗骨型外钢板以及u型弯曲钢构件、c型钢板的结合，在承受地震载荷的同时能够将地震应力集中在狗骨型外钢板或者u型弯曲钢构件上进行双层耗能，且损坏后可以进行更换，提高了连接节点处高层正交胶合木剪力墙结构的使用寿命。此外，竖向连接在正交胶合木墙体左右两侧的狗骨型外钢板与加劲肋组合、以及c型钢板设置，还起到防屈曲的效果。能有效解决在高烈度区及多高层clt结构中，墙体底端所需的抗剪、抗拔力大，传统螺栓连接件承载能力和刚度有限，抗震效果不佳的问题。
20.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
21.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
22.图1为本发明实施例1高强耗能型钢-胶-木复合连接件的连接结构示意图；
23.图2为本发明图1中a处放大图；
24.图3为本发明图1中抗拔连接件的连接结构示意图；
25.图4为本发明实施例2高强耗能型钢-胶-木复合连接件的连接结构示意图；
26.图5为本发明图1中b处放大图；
27.图6为本发明图4中抗拔连接件的连接结构示意图；
28.图7为本发明高强耗能型钢-胶-木复合连接件中正交胶合木墙体的结构示意图；
29.图8为本发明高强耗能型钢-胶-木复合连接件中抗剪连接件的结构示意图；
30.图9为本发明高强耗能型钢-胶-木复合连接件中粘合销钉”和“钢连接”的位置示意图；
31.图10为本发明高强耗能型钢-胶-木复合连接件中开孔钢板上不同孔型示意图；
32.图11为本发明实施例1高强耗能型钢-胶-木复合抗拔连接件单调加载与往复加载的力
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位移曲线图一；
33.图12为本发明实施例1高强耗能型钢-胶-木复合抗拔连接件单调加载与往复加载的力
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位移曲线图二；
34.图13为本发明实施例1高强耗能型钢-胶-木复合抗剪连接件滞回曲线图。
35.附图标记：正交胶合木墙体1、抗拔连接件2、抗剪连接件3、开孔钢板4、阻胶胶带5、钢板底座6、高强螺栓7、狗骨型外钢板8、u型弯曲钢构件9、c型钢板10、连接钢板11、加劲肋12、粘合销钉13。
具体实施方式
36.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
38.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
39.实施例一
40.如图1、2、3、7、8所示的高强耗能型钢-胶-木复合连接件，包括两侧和底部开设有安装插槽的正交胶合木墙体1、抗拔连接件2和抗剪连接件3，抗拔连接件2插接在正交胶合木墙体1左右两侧，抗剪连接件3插接在正交胶合木墙体1底部。
41.抗拔连接件2包括与正交胶合木墙体1左右两侧安装插槽相适配的开孔钢板4、填充在正交胶合木墙体1插槽内开孔钢板4通孔中的胶黏剂、粘贴在开孔钢板4外侧端部的阻胶胶带5、焊接在开孔钢板4外侧的狗骨型外钢板8和焊接在狗骨型外钢板8底部的钢板底座6。本实施例正交胶合木墙体1左右两侧以及底部的安装插槽均为两个，开孔钢板4也为两块，开孔钢板4与狗骨型外钢板8连接呈π型。开孔钢板4的数量可以根据开孔钢板4与正交
胶合木墙体1连接所需的抗拔力、抗剪力来选择。
42.钢板底座6上开设有预留孔，钢板底座6通过预留孔内插入合适的高强螺栓7与楼面连接。钢板底座6与狗骨型外钢板8之间设有加劲肋，便于提高钢板底座6与狗骨型外钢板8 的连接强度。
43.抗剪连接件3与抗拔连接件2结构类似，包括与正交胶合木墙体1底部安装插槽相适配的开孔钢板4、填充在正交胶合木墙体1插槽内开孔钢板4通孔中的胶黏剂、粘贴在开孔钢板4外侧端部的阻胶胶带5、焊接在开孔钢板4底部的连接钢板11和焊接在连接钢板11底部的钢板底座6。
44.钢板底座6上也开设有预留孔，钢板底座6通过预留孔内插入合适的高强螺栓7与楼面连接。钢板底座6与连接钢板11之间设有加劲肋，便于提高钢板底座6与连接钢板11的连接强度。
45.开孔钢板4上的孔型可以为圆孔、椭圆孔、腰型孔等各种形状，本实施例开孔钢板4孔径为10mm，相邻孔之间的距离为5mm。
46.该抗拔连接件在使用时，先将开孔钢板4插接在正交胶合木墙体1左右两侧的安装插槽中，向该安装插槽中填充胶黏剂，形成大量的“粘合销钉13”，增强正交胶合木墙体1与开孔钢板4的连接强度，且正交胶合木墙体1与抗拔连接件2的连接强度可以根据需求进行调节，可以调节开孔数量以及孔型；与此同时，在开孔钢板4外侧表面粘贴阻胶胶带5，这样开孔钢板4的外侧与正交胶合木墙体1没有直接刚性连接，阻胶胶带粘贴处未形成“粘合销钉”的开孔钢板中胶粘剂与开孔钢板4形成“钢连接”，地震发生时能够实现正交胶合木墙体 1与开孔钢板4的内部耗能；开孔钢板4的外侧焊接狗骨型外钢板8，狗骨型外钢板8在承受地震载荷的同时能够将地震应力集中在狗骨型外钢板8弧形应力槽处进行双层耗能，在一定程度上减少地震冲击力直接传递至楼面板上，且该狗骨型外钢板8损坏后可以进行更换，提高了高层正交胶合木剪力墙结构的使用寿命。此外狗骨型外钢板8竖向连接在正交胶合木墙体1左右两侧，并设置加劲肋12，狗骨型外钢板8与钢板底座6之间的加劲肋12起到防屈曲的效果。
47.该抗剪连接件3使用时与抗拔连接件2类似，将开孔钢板4插接在正交胶合木墙体1底部的安装插槽中，向该安装插槽中填充胶黏剂，形成大量的“粘合销钉13”，增强正交胶合木墙体1与开孔钢板4的连接强度，与此同时，在开孔钢板4外侧表面粘贴阻胶胶带5，实现正交胶合木墙体1与开孔钢板4的内部耗能；开孔钢板4的外侧焊接连接钢板11，连接钢板11底部焊接钢板底座6，通过在钢板底座6上的预留孔内插入合适的高强螺栓7，实现与地面或底层楼板楼面的固定连接，起到抗拔的作用。
48.本实施例的初步研究表明，该连接件具有高强度、高刚度和有效的耗能机制，如图11～图13所示。其设计可以根据所形成的“粘合销钉”的数量以及“钢连接”数量来确定。本实施例开孔钢板4孔径为10mm，相邻孔之间的距离为5mm，选取11个试件分别测量单个“粘合销钉”强度进行计算平均值，发现每个“粘合销钉”的承载力大约为1.75kn，如表1。
49.选取6个试件分别测量单个“钢连接”屈服强度进行计算平均值，得到单个“钢连接”屈服强度均为3.6kn，如表2。“粘合销钉”和“钢连接”的位置见图9。
50.对于1000kn的承载力要求，可设计4块635mm宽，1.5m高的开孔钢板。本实施例高强耗能型钢-胶-木复合结构可以根据设计调整开孔钢板的尺寸和开孔类型，如图10所示开孔
钢板4上的孔型可以为圆孔、椭圆孔、腰型孔等各种形状，从而调节“粘合销钉”和“钢连接”的承载力，进而调节连接的刚度与强度，如图11～图13所示，承载力可在70kn～480kn 根据需要自由变换，且连接刚度大、滞回曲线报满，耗能效果很好。
51.表1
[0052][0053]
表2
[0054][0055][0056]
实施例二
[0057]
如图4、5、6、7、8所示的高强耗能型钢-胶-木复合连接件，实施例二与实施例一的区别在于，抗拔连接件2的结构形式不同，抗拔连接件2包括与正交胶合木墙体1左右两侧安装插槽相适配的开孔钢板4、焊接在开孔钢板4外侧的连接钢板11、固定在连接钢板11上的若干u型弯曲钢构件9、固定在u型弯曲钢构件9上的c型钢板10和焊接在c型钢板10底部的钢板底座6。正交胶合木墙体1插槽内的开孔钢板4通孔中填充有胶黏剂，开孔钢板4 外侧端部粘贴有阻胶胶带5。
[0058]
本实施例正交胶合木墙体1左右两侧以及底部的安装插槽均为两个，开孔钢板4也为两块，开孔钢板4与连接钢板11连接呈π型。开孔钢板4的数量可以根据开孔钢板4与正交胶合木墙体1连接所需的抗拔力、抗剪力来选择。
[0059]
连接钢板11、u型弯曲钢构件9和c型钢板10上均开设有螺栓孔，通过在连接钢板11、 u型弯曲钢构件9的螺栓孔内插入合适的高强螺栓7实现连接钢板11、u型弯曲钢构件9的固定连接，通过在u型弯曲钢构件9和c型钢板10的螺栓孔内插入合适的高强螺栓7实现 u型弯曲钢构件9和c型钢板10的固定连接。
[0060]
该抗拔连接件2在使用时，先将开孔钢板4插接在正交胶合木墙体1左右两侧的安装插槽中，向该安装插槽中填充胶黏剂，形成大量的“粘合销钉13”，增强正交胶合木墙体1与开孔钢板4的连接强度，且正交胶合木墙体1与抗拔连接件2的连接强度可以根据需求进行调节，可以调节开孔数量以及孔型；与此同时，在开孔钢板4外侧表面粘贴阻胶胶带5，这样开孔钢板4的外侧与正交胶合木墙体1没有直接刚性连接，地震发生时能够实现正交胶合木墙体1与开孔钢板4的内部耗能；开孔钢板4的外侧焊接连接钢板11，连接钢板11外侧依次固定连接u型弯曲钢构件9和c型钢板10，u型弯曲钢构件9在承受地震载荷的同时能够将地震应力集中在u型弯曲钢构件9上进行双层耗能，且损坏后可以进行更换，提高了连接节点处高层正交胶合木剪力墙结构的使用寿命。此外c型钢板10竖向连接在正交胶合木墙体1左右两侧，并且在c型钢板10与钢板底座6之间设置加劲肋12，c型钢板10与加劲肋12协同起到防屈曲的效果。
[0061]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。