一种韧性防震剪力墙及其摩擦连接节点

本发明涉及建筑，尤其涉及一种韧性防震剪力墙及其摩擦连接节点。

背景技术：

1、近年来，随着我国建筑行业飞速发展，钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件受到广泛青睐。与混凝土剪力墙相比，钢板剪力墙质量更轻、强度更高、延性更好，具有良好的抗侧性能和耗能能力。随着制造工艺及设计技术的不断提高，更薄的钢板由于其成本低廉、抗侧刚度大等优势被用于钢板剪力墙中。

2、目前，国内外学者对钢板剪力墙的研究主要聚焦于利用核心板屈曲耗能，通过合理的设计能使其耗能能力增强，但这种剪力墙地震时会受到较大破坏，震后修复十分困难，低损伤、易修复、刚度和强度较大、造价低的可恢复功能钢板剪力墙研究亟待开展。

3、近年来，“韧性城市”概念的提出对结构损伤控制提出了新的要求，可恢复功能结构体系成为地震工程领域重要的研究方向之一。从结构形式上划分，可恢复功能结构体系主要包括摇摆结构体系、自复位结构体系和具备可更换构件的结构体系等。其中，本发明作为一种带有可更换构件的摇摆结构体系，通过将损伤或变形集中于可更换的薄弱构件来耗散地震能量，又可通过主体结构构件的受控摇摆来减隔震，由此可确保主体结构构件呈现低损伤或无损伤特征。

4、将“韧性结构”概念应用到钢板剪力墙设计中，并提出一种大震低损的钢板剪力墙，是本领域技术人员亟待解决的研究难题和技术前沿。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种韧性防震剪力墙及其摩擦连接节点，包括摩擦板和鱼尾板；摩擦板与鱼尾板通过螺栓固定于剪力墙的核心板的端部两侧；鱼尾板和摩擦板皆设置有螺栓孔，摩擦节点按鱼尾板、摩擦板、核心板、摩擦板、鱼尾板的顺序依次通过螺栓可拆卸连接，核心板设有竖向长圆孔或圆孔，竖向长圆孔竖向尺寸与圆孔直径应按如下方法计算：直线段长度和圆孔直径等于在剪力墙发生2％层间位移时其边缘发生的最大竖向位移乘以一个大于1的安全系数，竖向长圆孔横向尺寸应按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时，摩擦节点高度内的核心板绕节点螺栓群中心发生转动，横向尺寸等于由转动引起的核心板边缘与鱼尾板边缘发生的相对横向位移与其螺杆直径之和增加2mm，竖向长圆孔或圆孔应能够保证所连结构发生2％以上的层间位移也不与螺杆发生承压，便于剪力墙安装；鱼尾板底部边缘低于核心板底部边缘，以保证钢板剪力墙摇摆时不与框架梁接触；鱼尾板与框架梁焊接固定。

2、进一步地，当螺栓竖向间距小于3倍竖向长圆孔横向尺寸或圆孔直径时，核心板仅能够设置竖向长圆孔，竖向长圆孔的竖向尺寸按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时其边缘发生的最大竖向位移与其螺杆直径和两排螺栓间距之和乘以一个大于1的安全系数，竖向长圆孔的横向尺寸按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时，摩擦节点高度内的核心板绕节点螺栓群中心发生转动，横向尺寸等于由转动引起的核心板边缘发生的横向位移与其螺杆直径之和增加2mm。

3、进一步地，螺栓为高强度摩擦型螺栓，高强度摩擦型螺栓的预紧力由设计起滑弯矩控制：每个摩擦节点以高强度摩擦型螺栓的螺栓群中心作为旋转中心进行单个摩擦节点抵抗矩的计算，每个高强度摩擦型螺栓提供相同的摩擦力，根据每个高强度摩擦型螺栓与旋转中心之间距离提供相应的抵抗矩，要求剪力墙两侧节点抵抗矩之和作为剪力墙起滑弯矩，由以上条件计算单个高强度摩擦型螺栓所提供的摩擦力，再根据摩擦面的数量及摩擦系数计算单个高强度摩擦型螺栓所应施加的预紧力。

4、进一步地，摩擦板由耐磨材料制备而成，耐磨材料包括高硬度的金属摩擦片材料、陶瓷、刹车片材料和黄铜片，鱼尾板由低硬度的金属材料制造。

5、一种韧性防震剪力墙，摩擦节点数量为两个，两个摩擦连接节点分别通过高强度摩擦型螺栓固定于核心板的顶部和底部，两个摩擦连接节点皆埋设于地面或楼板内部。

6、进一步地，核心板为钢板、钢筋混凝土板、混凝土填充组合钢－混凝土板或半包式钢－混凝土组合板。

7、进一步地，钢板的厚度通过以屈曲状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

8、进一步地，钢筋混凝土板和超高性能混凝土板的厚度通过以混凝土正常使用极限状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

9、进一步地，混凝土填充组合钢－混凝土板和半包式钢－混凝土组合板的厚度通过以钢材屈服状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

10、进一步地，还包括至少两个型钢加劲肋，加劲肋通过焊接连接在核心板的同一侧面，且加劲肋沿竖直高度方向布置，且加劲肋与摩擦节点间留有空隙；其中，两个加劲肋对称地安装在型钢钢板剪力墙同一侧面的左、右两自由端并与型钢钢板剪力墙边缘平齐，以使型钢加劲钢板剪力墙的横截面呈闭口截面。

11、进一步地，加劲肋的截面形式为槽钢、t形钢、方钢管或工字钢。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、通过螺栓连接的摩擦板与鱼尾板的连接节点上螺栓穿孔的直径采用普通螺栓孔直径，使得具有该连接节点的型钢加劲钢板剪力墙在正常使用及低振动(剪力小于阈值)的状态下不发生滑移，用于型钢加劲钢板剪力墙的连接节点能够提供良好的结构刚度，其性能与固接结构相当，而在高振动(剪力超过阈值)的状态下，核心板与摩擦板能够在超过阈值的剪力下发生相对滑移，从而能够通过控制连接节点的摩擦力的方式来限制型钢加劲钢板剪力墙承受的最大内力，从而精准控制型钢加劲钢板剪力墙的损伤程度(低损或无损)，同时可以通过摩擦力做功，耗散地震能量，增加结构阻尼，达到结构减震的目的；

14、另外，在振动后的修复中，只需重新拧紧螺栓以及更换外接摩擦式抗震连接节点中的摩擦板，即可快速恢复型钢加劲钢板剪力墙的正常使用功能，并且整个修复过程方便快捷，经济高效。

15、2、由于通过焊接连接在型钢加劲钢板剪力墙表面上的型钢加劲肋的设置，使得在正常使用及低振动时型钢加劲钢板剪力墙不会发生面外屈曲，实现振动作用之后低损伤的目标。

16、3、由于在核心板上开有长圆孔，在高振动(剪力超过阈值)的状态下，型钢加劲钢板剪力墙通过受控摇摆而摩擦耗能减震，从而降低结构动力响应，可以使用较小厚度的薄钢板作为核心板，可极大降低材料成本，并且还可实现振动作用后低损伤，易修复的目标。

技术特征：

1.一种摩擦连接节点，其特征在于，包括摩擦板和鱼尾板；所述摩擦板与鱼尾板通过螺栓固定于剪力墙的核心板的端部两侧；所述鱼尾板和摩擦板皆设置有螺栓孔，所述摩擦节点按鱼尾板、摩擦板、核心板、摩擦板、鱼尾板的顺序依次通过螺栓可拆卸连接，所述核心板设有竖向长圆孔或圆孔，所述竖向长圆孔竖向尺寸与所述圆孔直径应按如下方法计算：直线段长度和所述圆孔直径等于在剪力墙发生2％层间位移时其边缘发生的最大竖向位移乘以一个大于1的安全系数，所述竖向长圆孔横向尺寸应按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时，摩擦节点高度内的核心板绕节点螺栓群中心发生转动，横向尺寸等于由转动引起的核心板边缘与鱼尾板边缘发生的相对横向位移与其螺杆直径之和增加2mm，竖向长圆孔或圆孔应能够保证所连结构发生2％以上的层间位移也不与螺杆发生承压，便于剪力墙安装；所述鱼尾板底部边缘低于核心板底部边缘，以保证钢板剪力墙摇摆时不与框架梁接触；所述鱼尾板与所述框架梁焊接固定。

2.根据权利要求1所述的摩擦连接节点，其特征在于，当螺栓竖向间距小于3倍竖向长圆孔横向尺寸或圆孔直径时，所述核心板仅能够设置竖向长圆孔，所述竖向长圆孔的竖向尺寸按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时其边缘发生的最大竖向位移与其螺杆直径和两排螺栓间距之和乘以一个大于1的安全系数，所述竖向长圆孔的横向尺寸按如下方法计算：在剪力墙发生2％层间位移时，摩擦节点高度内的核心板绕节点螺栓群中心发生转动，横向尺寸等于由转动引起的核心板边缘发生的横向位移与其螺杆直径之和增加2mm。

3.根据权利要求1所述的摩擦连接节点，其特征在于，所述螺栓为高强度摩擦型螺栓，所述高强度摩擦型螺栓的预紧力由设计起滑弯矩控制：每个摩擦节点以所述高强度摩擦型螺栓的螺栓群中心作为旋转中心进行单个摩擦节点抵抗矩的计算，每个高强度摩擦型螺栓提供相同的摩擦力，根据每个高强度摩擦型螺栓与旋转中心之间距离提供相应的抵抗矩，要求剪力墙两侧节点抵抗矩之和作为剪力墙起滑弯矩，由以上条件计算单个高强度摩擦型螺栓所提供的摩擦力，再根据摩擦面的数量及摩擦系数计算单个高强度摩擦型螺栓所应施加的预紧力。

4.根据权利要求1所述的摩擦连接节点，其特征在于，所述摩擦板由耐磨材料制备而成，所述耐磨材料包括高硬度的金属摩擦片材料、陶瓷、刹车片材料和黄铜片，所述鱼尾板由低硬度的金属材料制造。

5.一种韧性防震剪力墙，使用如权利要求1-4任一项所述的摩擦连接节点，其特征在于，所述摩擦节点数量为两个，两个所述摩擦连接节点分别通过高强度摩擦型螺栓固定于所述核心板的顶部和底部，两个所述摩擦连接节点皆埋设于地面或楼板内部。

6.根据权利要求5所述的韧性防震剪力墙，其特征在于：所述核心板为钢板、钢筋混凝土板、混凝土填充组合钢－混凝土板或半包式钢－混凝土组合板。

7.根据权利要求6所述的韧性防震剪力墙，其特征在于，所述钢板的厚度通过以屈曲状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

8.根据权利要求6所述的韧性防震剪力墙，其特征在于，所述钢筋混凝土板和超高性能混凝土板的厚度通过以混凝土正常使用极限状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

9.根据权利要求6所述的韧性防震剪力墙，其特征在于，所述混凝土填充组合钢－混凝土板和半包式钢－混凝土组合板的厚度通过以钢材屈服状态为其承载力极限状态时抗剪承载力与结构所需刚度决定。

10.根据权利要求5所述的韧性防震剪力墙，其特征在于：还包括至少两个型钢加劲肋，所述加劲肋通过焊接连接在所述核心板的同一侧面，且所述加劲肋沿竖直高度方向布置，且所述加劲肋与所述摩擦节点间留有空隙；其中，两个所述加劲肋对称地安装在所述型钢钢板剪力墙同一侧面的左、右两自由端并与所述型钢钢板剪力墙边缘平齐，以使所述型钢加劲钢板剪力墙的横截面呈闭口截面。

11.根据权利要求10所述的韧性防震剪力墙，其特征在于，所述加劲肋的截面形式为槽钢、t形钢、方钢管或工字钢。

技术总结
本发明公开了一种韧性防震剪力墙及其摩擦连接节点，属于建筑领域，连接节点包括鱼尾板、摩擦板、核心板；钢板剪力墙面上设置有型钢加劲肋；两侧鱼尾板在使用时与上下框架梁焊接；鱼尾板与摩擦板、核心板通过高强度螺栓相连，鱼尾板、摩擦板上开设正常尺寸的圆形螺栓孔，核心板上设置有竖向长圆孔或圆孔以使核心板与摩擦板能够在超过阈值的剪力下相对滑移，且在较大的转动位移下也不会发生孔壁承压。本发明可精准控制摩擦节点传递给钢板剪力墙的最大剪力和弯矩，保证薄钢板剪力墙在正常使用状态及强震下处于弹性状态，同时通过摩擦节点的转动进行摩擦耗能，使得剪力墙呈现高延性和低损伤特征，具有良好的震后可恢复功能。

技术研发人员：贾良玖,项平,孙闻浩
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12