[发明专利]一种预应力胶合木钢填板螺栓连接节点

权利要求书

1.一种预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于，包括：

相互邻接的胶合木梁(1)，每个所述胶合木梁(1)的连接端的端部均设有开槽，钢填板(2)容置于所述开槽内，螺栓(3)穿过所述胶合木梁(1)和所述钢填板(2)并将两者固定；

高强钢带(4)，所述高强钢带(4)环绕成环状套设在所述连接端，所述高强钢带(4)上施加有一定的预拉力，并通过夹紧锁扣(5)将所述高强钢带(4)两端固定。

2.根据权利要求1所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：

若干所述高强钢带(4)均匀间隔环绕在所述螺栓(3)之间，所述高强钢带(4)间距越小，节点极限承载力越大。

3.根据权利要求2所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：

所述高强钢带(4)的间距等于螺栓的列间距。

4.根据权利要求1或2所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：

随着预拉应力的增大，节点极限承载力先增大，达到峰值后减小，存在一个高强钢带(4)预拉应力临界值。

5.根据权利要求4所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：所述临界值与钢带厚度有关，与钢带宽度和钢带间距无关，钢带厚度越大，该预拉应力临界值越大。

6.根据权利要求1或2所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：

所述胶合木梁(1)和所述钢填板(2)上设有位置对应的贯穿孔，螺栓(3)穿过所述贯穿孔并固定。

7.根据权利要求1或2所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：所述开槽竖直设置在所述胶合木梁(1)的连接面中部，所述钢填板(2)的高度与所述胶合木梁(1)的高度相等。

8.根据权利要求1-7之一所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，其特征在于：

所述锁扣(5)布置在受弯节点的受压区域。

9.根据权利要求1所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.首先将钢填板(2)插入胶合木梁(1)的开槽部位，通过螺栓(3)穿入钢填板(2)与胶合木梁(1)预先加工好的螺栓孔并进行连接；

b.对胶合木梁(1)与高强钢带(4)接触的部位进行画线定位；

c.利用打磨机对胶合木梁(1)的所述接触部位表面的凸起棱角进行打磨，并去除表面杂质，使节点表面与高强钢带(4)接触部位平整光滑，以保证高强钢带(4)和胶合木梁(1)表面可以充分接触；

d.根据胶合木梁(1)的截面尺寸裁剪高强钢带(4)，并在高强钢带(4)的一端穿入锁扣(5)，然后将高强钢带(4)按照画线位置沿胶合木梁(1)进行缠绕，将高强钢带(4)穿过锁扣(5)并拉出一段长度，然后利用气泵连接拉紧器张拉高强钢带(4)至设计预拉力，同时利用锁扣机咬紧锁扣(5)对钢带进行固定，之后不断重复以上步骤直至完成整个节点的钢带安装。

10.根据权利要求1所述的预应力胶合木钢填板螺栓连接节点的极限承载力和极限弯矩计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

假设简支梁跨度为2l，截面尺寸为b×h，节点位于跨中，取半边梁进行计算，以初始裂纹左边缘处为坐标原点，假设梁为无限长梁，以竖向位移函数y(x)为未知量，基于Winkler地基梁模型，将地基模拟为刚性制作上一系列独立的弹簧，地基表面任一点的沉降与该点单位面积上受到的压力成正比，即

则其基本微分方程如下：

其中，EI为梁的抗弯刚度，σ(x)为地基应力，q(x)为外荷载，虚拟断裂层的刚度K＝f_t,90²/G_f，f_t,90为木材横纹抗拉强度，G_f为裂纹扩展断裂模式Ⅰ临界能量释放率；

其对应的齐次方程的通解为

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

其中α为特征系数，其计算公式为

无限长梁上作用集中荷载P的边界条件为y|_x→∞＝0，可以得出：A₁＝0,A₂＝0,A₃＝A₄＝A；

由地基反力、竖桩反力与外荷载P平衡，则有：

计算得

其中，s为钢带与螺栓的距离，d_s为钢带宽度；

可以得到位移y_r(x)的表达式如下：

而普通胶合木钢填板螺栓连接节点的位移y(x)的表达式如下：

则预应力胶合木钢填板螺栓连接节点的位移函数y_r(x)与普通胶合木钢填板螺栓连接节点的位移函数y(x)的关系为：

则任意截面的转角、弯矩和剪力表达式存在如下关系：

θ_r(x)＝ξθ，M_r(x)＝ξM，V_r(x)＝ξV

对于普通胶合木钢填板螺栓连接节点，基于已有的研究成果，考虑螺栓距梁端部的距离l_e和梁高h的影响，提出了如下计算公式：

因此，对于预应力胶合木钢填板螺栓连接节点，单个螺栓横纹劈裂极限承载力按照下式计算：

对于节点最外侧位置的螺栓，其极限承载力为

F_d,max＝P_u/cosβ (10)

其中β为螺栓力臂与顺纹方向的夹角；

则当节点最外侧位置的螺栓达到极限承载力时，对应的节点极限弯矩为：