坡面摩擦耗能器在木结构中的应用分析

木材是天然生长的建筑材料，具有易再生、强重比高、加工便捷、废弃物易处理等优势，符合低碳环保、可持续的发展理念。在美国、日本、韩国、东南亚以及欧洲，包括我国南方大部分地区，木结构房屋普遍被运用于民居，学界普遍认为木结构在抗震方面有良好的适应性。

传统木结构梁柱节点采用榫卯、螺钉或者钢筋等进行连接。在台风或地震来临时，通过节点处木材受压及金属部件产生塑性变形来耗散地震能量 [1、2]。郭宇等人对传统木结构节点的抗震性能进行分析，并根据分析结果中残余变形大的问题，提出了加固和修复的策略 [3]。震后的修复成本较大、修复时间较长，限制了木结构往多高层方向的发展。

同时，随着消能减震技术的发展及在各类工程结构中的应用，结合消能装置安装位置灵活、结构简单、成本低廉，的优点，此项技术得到了大力推广[4]。

基于此，本研究提出一种自复位木结构节点形式，贯穿于梁柱中的预应力筋和节点的耗能器构造可有有效提高结构的整体刚度、承载力及跨越能力。此外，节点利用预应力筋实现复位消除残余变形，利用摩擦耗能器耗散能量从而避免梁柱等主体构件的破坏，进而实现构件的重复利用。

一、坡面摩擦低预应力自复位节点构造

本文提出的坡面摩擦低预应力自复位梁柱节点装置的构造如图 1 所示[5]。该节点装置包括高强螺栓、具有坡面构造的外摩擦钢板和中摩擦钢板、内摩擦钢板、摩擦片及碟形弹簧。其中，中摩擦钢板连接到木柱中，内摩擦钢板连接到木梁中，保证节点转动过程中二者始终为一整体。为保证节点的稳定耗能能力，在内摩擦钢板外侧刻一凹槽嵌入摩擦片，摩擦片可由黄铜或其他摩擦材料制作而成。其中内摩擦钢板、摩擦片、外摩擦钢板的螺栓孔直径相同，且小于中摩擦钢板的螺栓孔直径，保证节点具备一定的转动空间，耗能器中的各钢板可发生相对滑动，产生摩擦力从而达到消耗能量的目的。节点在外力作用下产生变形，具有坡面构造的外摩擦钢板和中摩擦钢板发生相对滑动，导致碟形弹簧不断被压缩，增大其法向压力，进而增大摩擦力，使耗能器产生刚度。增大的摩擦力导致结构的耗能能力不断增强，以满足地震强度不断增大的耗能需求。

在木梁的中轴线处布置施加了低预应力的预应力筋实现自复位。低预应力不仅降低了施工要求，而且提高了结构的耗能比 β。这种构造能够有效消耗强震作用下的能量，从而减轻结构的地震响应和损伤，避免木梁柱等主体构件出现明显的塑性变形，有效保证结构在地震作用下的安全性能。

二、结论

在坡面摩擦低预应力自复位木框架中，坡面摩擦耗能器的设置增大了结构的第二刚度，低预应力保证结构在大震下预应力筋不屈服继续参与抗震，进而降低结构的层间变形。而常用平面摩擦耗能器和高预应力的结合会导致结构在特大震下的变形过大，抗震能力不足。坡面摩擦耗能器的布置可有效减小结构残余层间位移角，提高结构的复位能力，减少主体构件的损伤，从而提高结构的抗震性能。

参考文献：

[1] 陈庆军，彭章锋，蔡健，等 . 广府古建筑木结构箍头榫节点抗震性能研究 [J]. 建筑结构学报 ,2019,40(10):168-179.

[2] 张锡成 , 胡成明 , 吴晨伟 , 等 . 形状记忆合金丝加固古建筑木结 构 直 榫 节 点 抗 震 性 能 研 究 [J]. 工 程 力 学 , 2022(004):039.DOI:10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0123.

[3] 郭宇 , 刘睿静 , 宋怡，等．木结构榫卯节点抗震性能及震后加固修

复研究进展 [J]. 林产工业 ,2020,57(4):25-28.

[4] 李爱群 , 解琳琳 , 杨参天 . 多目标协同建筑结构消能减震技术研究 进 展 [J]. 工 程 力 学 , 2024, 42(1):1.DOI:10.6052/j.issn.1000-4750.2024.08.ST04.

[5] [1] 孙小云 , 黄林杰 , 曾滨 , 等 . 坡面摩擦低预应力自复位混凝土框架结构的 , 抗震性能分析 [J]. 工业建筑 , 2024(38-45).DOI:10.3724/j.gyjzG24091003.

作者简介 姓名：潘子安 出生年月：2005 年9 月性别：男民族：汉籍贯：湖北荆州 职称：无 学历： 大专学历研究方向 ：工程结构抗震

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