一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置及方法

技术领域

本发明涉及土木工程抗震技术领域，特别涉及一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置及方法。

背景技术

古建筑木结构建筑在几百甚至上千的服役过程中会受到自重、地震等荷载作用，加上环境和含水率改变的影响，节点的榫头区域往往会产生挤压塑性变形和干缩变形，使得节点出现间隙，从而造成节点的松动残损，导致节点的刚度、强度、耗能能力等抗震性能不再满足抗震要求。

古建筑木结构节点的残损会降低结构的整体稳定性和安全性，因此，采用合理的加固方案对古建筑木结构残损松动榫卯节点进行修缮加固意义重大，这有利于古建筑木结构的长久保存和科学传承。现有的古建筑木结构的节点加固技术主要有金属连接件加固、纤维复合材料加固。金属连接件例如马口铁、扁钢等在使用过程中容易发生材料的屈服和腐蚀，且安装过程中不可避免的会对古建筑木结构局部产生破坏。纤维复合材料加固可以一定程度提高节点的抗震性能，但会限制节点的转动，加固效果并不理想，在实际工程中具有一定的局限性。以上加固方式难以满足古建筑木结构最小干预的加固原则，因此需要有更加合理的加固方法以满足抗震要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置及方法，解决传统加固方式对结构造成局部破坏问题，也可有效增强残损节点的抗震性能，并使得加固后的节点具备自复位的能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置，适用于榫头的上部区域存在间隙3的松动榫卯节点，所述间隙3通过两块楔形木块4进行填补，间隙3外侧的柱1身通过碳纤维布6包裹，柱1的上侧通过柱连接件7与构件二11连接，梁连接件8将梁2与构件一9连接到一起，梁2与柱1垂直设置，构件一9的杆状部分插入构件二11的开孔部位，形状记忆合金丝12绕过构件一9的上下杆状部位并锚固于构件二11一端的上下平面，锚固通过螺丝钉10紧固实现。

所述构件二11下部的两端面上分别设置一排螺纹孔，配合螺丝钉10用于锚固形状记忆合金丝12，螺纹孔均匀分布于平面上。

所述楔形木块4的宽度与卯口宽度一致、高度与间隙高度一致、长度应比榫头长度长30％以上，楔形木块4的长度方向为顺纹方向，木材应与原木结构所用木材一致。

所述构件一9为两长两短四条实心钢柱焊接而成，钢柱的具体尺寸可根据工程需要确定，两长柱端部应位于短柱的三分点处。

所述构件二11的长度与宽度应与构件一9一致，构件二11侧面条形孔洞位于构件正中，条形孔洞长度不应小于30％的构件一9长度，高度与构件一9端部钢柱直径一致，构件二11下部开孔用于构件一9两长杆的穿插，孔直径与构件一9长柱直径一致，构件二11下部的两端面上分别设置一排螺纹孔，配合螺丝钉10用于锚固形状记忆合金丝12，螺纹孔均匀分布于平面上，构件二11上部开孔，配合插销13实现与柱连接件7的铰接。

所述柱连接件7通过插销结构13分别与柱1与构件二11铰接。

一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置的使用方法，包括以下步骤；

1)将间隙3处榫头及卯口的上下平面清理干净并打磨平整；

2)加工两个尺寸相同的楔形木块4，楔形木块4的宽度与卯口宽度一致、高度与间隙高度一致、长度应比间隙长度长30％以上，楔形木块4的长度方向为顺纹方向，木材应与原木结构所用木材一致；

3)在两楔形木块4之间的接触面上均匀涂抹白乳胶，随后将两楔形木块4分别从间隙3的两边上下交错放置到位；

4)用夹具在楔形木块4的长度方向施加压力，随着压力的施加两楔形木块4会渐渐填满间隙3，直至木块与榫头、卯口挤压密实；

5)等待8小时以上，待白乳胶凝固后，拆卸夹具。然后沿木柱1表面将楔形木块的多余部分5锯掉；

6)配合使用环氧树脂胶粘剂在填木所在位置包裹碳纤维布6，包裹区域应覆盖填木高度；

7)将柱连接件7、梁连接件8放置到指定位置然后紧固螺栓14，柱连接件7、梁连接件8距离节点处的距离应一致，使得装置主体与梁2、柱1为45度夹角；

8)通过现场组装的方式将构件一9、构件二11、梁连接件8、柱连接件7安装到位；

将形状记忆合金丝12绕过构件一9一端的杆状部分，然后将形状记忆合金丝12的两端锚固在构件二11的指定位置。

所述锚固实现方法为：将形状记忆合金丝12缠绕到螺丝钉10上，然后紧固螺丝钉10，锚固形状记忆合金丝12时，锚固点位置应处于构件一9的中部，使得上下部分合金丝长度一致。且构件一9上端应位于构件二11侧面条形孔洞的中部，构件二11侧面条状孔洞长度不应小于30％的构件一9长度，锚固完毕的形状记忆合金丝12应保持紧绷，使其具有一定的初始应变预紧力，并防止该初始应变引发形状记忆合金丝的力学性能退化，目的使得节点具有一定的初始转动刚度，保证在小震作用下该加固装置也能发挥作用。

本发明的有益效果：

利用形状记忆合金丝的超弹性变形，使加固后的节点具备良好的自复位性能，起到了减震的效果。通过调节形状记忆合金丝的尺寸、数量、初始应变，使节点的加固效果可调、可控，以满足不同地震作用下残损节点的加固需求。

各部件间可拆卸、可更换，且设计合理，便与后期维修、调整。

通过合理设计，可保证形状记忆合金丝先于梁、柱以及其它构件发生破坏，来减轻对构件或结构造成的伤害。即使形状记忆合金丝作为第一道减震防线发生破坏后，木楔和碳纤维布也可以充当第二道抗震防线，发挥了减震和抗震的双重优势，充分的保证了结构的安全性，此外，该加固装置易于检修和更换，可降低古建筑木结构的维护成本。

附图说明

图1为本发明三维结构示意图。

图2为本发明主体结构正视图及侧视图。

图3为构件一的正视图及侧视图。

图4为构件二的正视图及侧视图。

图5为形状记忆合金丝锚固方法示意图。

附图标记：1为木柱；2为木梁；3为间隙；4为楔形木块；5为楔形木块的多余部分；6为碳纤维布；7为柱连接件；8为梁连接件；9为构件一；10为螺丝钉；11为构件二；12为形状记忆合金丝；13和14为插销结构；15为螺栓紧固件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-4所示，一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置，包括位于榫卯之间的间隙3，间隙3位于榫头与卯口上下平面之间，所述间隙3通过两块楔形木块4进行填补，间隙3外侧的柱1身通过碳纤维布6包裹，柱1的上侧通过柱连接件7与构件二11连接，梁连接件8将梁2与构件一9连接到一起，梁2与柱1垂直设置，构件一9的杆状部分插入构件二11的开孔部位，形状记忆合金丝12绕过构件一9的上下杆状部位并锚固于构件二11一端的上下平面，锚固通过螺丝钉10紧固实现。

所述构件二11下部的两端面上分别设置一排螺纹孔，配合螺丝钉10用于锚固形状记忆合金丝12，螺纹孔均匀分布于平面上。具体见附图5。

所述楔形木块4的宽度与卯口宽度一致、高度与间隙高度一致、长度应比榫头长度长30％以上，楔形木块4的长度方向为顺纹方向，木材应与原木结构所用木材一致。

所述构件一9为两长两短四条实心钢柱焊接而成，钢柱的具体尺寸可根据工程需要确定，两长柱端部应位于短柱的三分点处。

所述构件二11的长度与宽度应与构件一9一致，构件二11侧面条形孔洞位于构件正中，条形孔洞长度不应小于30％的构件一9长度，高度与构件一9端部钢柱直径一致，构件二11下部开孔用于构件一9两长杆的穿插，孔直径与构件一9长柱直径一致，构件二11下部的两端面上分别设置一排螺纹孔，配合螺丝钉10用于锚固形状记忆合金丝12，螺纹孔均匀分布于平面上，构件二11上部开孔，配合插销13实现与柱连接件7的铰接。

所述柱连接件7通过插销结构13分别与柱1与构件二11铰接。

一种用于古建筑木结构松动榫卯节点的加固装置的使用方法，包括以下步骤；

1)将间隙3处榫头及卯口的上下平面清理干净并打磨平整；

2)加工两个尺寸相同的楔形木块4，楔形木块4的宽度与卯口宽度一致、高度与间隙高度一致、长度应比间隙长度长30％以上，楔形木块4的长度方向为顺纹方向，木材应与原木结构所用木材一致；

3)在两楔形木块4之间的接触面上均匀涂抹白乳胶，随后将两楔形木块4分别从间隙3的两边上下交错放置到位；

4)用夹具在楔形木块4的长度方向施加压力，随着压力的施加两楔形木块4会渐渐填满间隙3，直至木块与榫头、卯口挤压密实；

5)等待8小时以上，待白乳胶凝固后，拆卸夹具。然后沿木柱1表面将楔形木块的多余部分5锯掉；

6)配合使用环氧树脂胶粘剂在填木所在位置包裹碳纤维布6，包裹区域应覆盖填木高度；

7)将柱连接件7、梁连接件8放置到指定位置然后紧固螺栓14，柱连接件7、梁连接件8距离节点处的距离应一致，使得装置主体与梁2、柱1为45度夹角；

8)通过现场组装的方式将构件一9、构件二12、梁连接件8、柱连接件7安装到位；

将形状记忆合金丝12绕过构件一9一端的杆状部分，然后将形状记忆合金丝12的两端锚固在构件二12的指定位置。

所述锚固实现方法为：将形状记忆合金丝12缠绕到螺丝钉10上，然后紧固螺丝钉10，锚固形状记忆合金丝12时，锚固点位置应处于构件一9的中部，使得上下部分合金丝长度一致。且构件一9上端应位于构件二12侧面条形孔洞的中部，构件二12侧面条状孔洞长度不应小于30％的构件一9长度，锚固完毕的形状记忆合金丝12应保持紧绷，使其具有一定的初始应变预紧力，并防止该初始应变引发形状记忆合金丝的力学性能退化，目的使得节点具有一定的初始转动刚度，保证在小震作用下该加固装置也能发挥作用。