CN103422576B - 一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，包括木梁、木柱、榫卯节点、植筋、节点连接件和节点紧固件，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，木梁的梁端上下表面或两侧表面设置有槽道，所述植筋预先植于槽道内，并通过小木条和专用结构胶封闭，所述节点连接件的一端与植筋连接，另一端与节点紧固件连接，节点紧固件贯穿木柱的柱身，并通过锚板和垫块，在木柱上背对木梁的一侧固定。本发明具有较高的抗弯能力、耗能能力与延性性能，既能保证小震下结构稳定，又能实现大震下结构出现大变形并控制结构损伤，震后结构自复位的理想效果。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种榫卯节点，特别涉及一种古建筑木结构的梁柱榫卯节点，主要（但非排他地）用于既有木结构梁柱榫卯节点的加固、耗能减震和震损后修复，也可用于新建木结构梁柱榫卯节点的增强与耗能减震。
背景技术
我国木结构建筑历史悠久，从古代皇宫建筑、庙宇殿堂，到居民住宅，大量采用古建筑木结构形式；同时古建筑木结构分布区域广泛，几乎遍及全国，留传至今的著名古建筑木结构有：北京故宫、山西应县木塔、蓟县独乐寺、承德避暑山庄等。我国古建筑木结构蕴含着宝贵的中国传统营造技艺和建筑文化，为世界性遗产，具有极高的历史、文物、艺术和科学价值。因此，必须采取措施对这些古建筑木结构进行修缮加固及保护、提升其耗能减震性能。
古建筑木结构主要由榫卯连接，典型的即为梁端做成榫头形式，柱身做成卯口形式，这种连接节点具有刚柔并济的作用。然而由于外界因素作用（地震、台风、环境温湿度等）和木材自身缺陷等原因，在榫卯节点部位发生挤压变形后，榫和卯均出现不同程度的残余变形，这就使得榫卯节点逐渐变得松动、榫和卯之间空隙加大，更甚者出现局部拔榫、节点松脱等现象。上述破坏症状使得榫卯节点由半刚性状态转变为铰接状态，不仅使其弯剪扭等基本承载能力降低，而且严重影响整体结构的承载能力、抗侧力能力和结构稳定性，加剧了建筑物的破坏甚至倒塌；同时，由于地震后较大的残余变形，古建筑木结构在震后很难修复。因此，为了对现有古建筑木结构进行加固、震损后修复，甚至包括对新建仿古木结构建筑的增强，急需针对榫卯节点提出适宜、有效的加固修复方法。
既有的木结构榫卯节点的加固方式主要有：马口钉加固（直接固定）、U型扁钢加固（用扁钢在节点部位沿梁柱截面握裹，采用钉来固定）、节点处附加支撑加固和FRP（纤维增强复合材料，如碳纤维布等）加固等，这些加固方法有效防止了拔榫、落梁等灾害性破坏形式。但这些方法还存在如下问题：
1）不易更换和检修。对于铁质加固构件，由于锈蚀问题导致更换困难，同时带来安全隐患；对于FRP加固方式，由于FRP采用结构胶粘贴于木构件表面，使其很难进行更换，也不容易对加固部位进行检修。
2）震后难复位问题依旧存在。传统加固方法一般均可提高榫卯节点的刚度，同时具有一定的耗能能力，但在地震后，其依然存在残余变形，恢复就位仍较困难，修复成本也很高。
3）加固后一般会影响建筑内部外观效果。传统方法加固后，一般加固材料在节点处外露，对原有建筑外观产生一定影响，不符合修旧如旧的原则。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，该节点具有较高的抗弯能力、耗能能力与延性性能，该节点既能保证小震下结构稳定，又能实现大震下结构出现大变形并控制结构损伤，震后结构自复位的理想效果。
本发明采用的技术方案为：一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，包括木梁、木柱、榫卯节点、植筋、节点连接件和节点紧固件，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，木梁的梁端上下表面或两侧表面设置有槽道，所述植筋预先植于槽道内，并通过小木条和专用结构胶封闭，所述节点连接件的一端与植筋连接，另一端与节点紧固件连接，节点紧固件贯穿木柱的柱身，并通过锚板和垫块，在木柱上背对木梁的一侧固定。
作为优选，所述节点连接件为钢材、不锈钢或其他金属材料中的一种，其外形可为空心钢管型、槽型等，通过嵌入方式，节点连接件可完全隐入木梁端头；紧固植筋杆件用的螺母及垫圈也可先行焊接于钢板件上，也可待植筋养护完毕后再紧固。
作为优选，所述木梁和木柱的截面形状为方形、矩形或圆形。
作为优选，所述木柱在锚板下可采用打入木螺钉或植筋方式进行局部增强。
作为优选，所述木梁材质为原木、锯材、胶合木(glulam)、单板层积材(LVL)、平行木片胶合木(PSL)、层叠木片胶合木(LSL)、其他工程木材中的一种。
作为优选，所述榫卯节点为燕尾榫、半榫或透榫中的一种。
作为优选，所述植筋为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。
作为优选，所述节点紧固件采用钢筋、螺杆、钢管或形状记忆合金。
作为优选，所述锚板材质为钢材或硬木，锚板直接接触固定于木柱表面，或者嵌入木柱并保持锚板和木柱外表面平齐。
作为优选，所述的垫块采用金属材料或硬木。
有益效果：采用本发明提供的木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，具有很好的承载能力、耗能能力与延性性能，根据现有的科学试验数据，此类加固节点相比加固前，其承载能力和节点转动刚度最大可提高10倍以上，而其加固成本与传统方法差不多；同时，该节点既能保证小震下结构稳定，又能实现大震下结构出现大变形并控制结构损伤，震后结构自复位的理想效果。同时，由于其装配施工工艺而便于维修更换，因其隐式特性而外观优良、防火性能好。
此外，通过合理设计，可保证节点连接件或节点紧固件先于植筋和梁柱构件发生屈服破坏，这一方面极大提高节点的结构性能、延性性能和耗能性能，另一方面也使得节点的安全性、可靠性得到显著提高。
本发明中节点连接件和节点紧固件等均可替换、容易检修、施工维修方便，避免了落架大修等繁琐工序，不仅从技术上体现了先进性，还大大降低了古建筑木结构的维护和修复成本，具有很高的社会意义和经济效益。
附图说明
图1为本发明木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置实施例1结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图1的剖面1-1示意图；
图5为图1的剖面2-2示意图；
图6为本发明在木梁上下表面开设的槽道示意图；
图7为本发明在木梁两侧表面开设的槽道示意图；
图8-10为本发明中梁柱连接件5的三种构造形式示意图；
图11为本发明木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置实施例2结构俯视图；
图12为本发明实施例3去除透榫外露端头的示意图；
图13为本发明实施例3针对透榫节点的木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式和附图对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1-7所示，一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，包括木梁1、木柱2、榫卯节点3、植筋4、节点连接件5和节点紧固件6，所述木梁1与木柱2之间通过榫卯节点3连接，木梁1的梁端上下表面或两侧表面设置有槽道9，所述植筋4预先植于槽道9内，并通过小木条10和专用结构胶封闭，所述节点连接件5的一端与植筋4连接，另一端与节点紧固件6连接，节点紧固件6贯穿木柱2的柱身，并通过锚板7和垫块8，在木柱2上背对木梁1的一侧固定。
如图8-10所示，所述节点连接件5为钢材、不锈钢或其他金属材料中的一种，其外形可为空心钢管型、槽型等，上面设有螺栓孔11，通过嵌入方式，节点连接件可完全隐入木梁端头；紧固植筋杆件用的螺母及垫圈也可先行焊接于钢板件上，也可待植筋养护完毕后再紧固。
所述木梁1的横截面为矩形，所述木柱2的横截面为圆形。所述木柱2在锚板下可采用打入木螺钉或植筋方式进行局部增强。所述木梁1材质为原木、锯材、胶合木(glulam)、单板层积材(LVL)、平行木片胶合木(PSL)、层叠木片胶合木(LSL)、其他工程木材中的一种。所述榫卯节点3为燕尾榫。所述植筋4为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。所述节点紧固件6采用钢筋、螺杆、钢管或形状记忆合金。所述锚板7材质为钢材或硬木，锚板7嵌入木柱2并保持锚板7和木柱2外表面平齐。所述的垫块8采用金属材料或硬木。
实施例2
如图11所示，一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其余结构均与实施例1相同，不同之处在于：所述木柱2的横截面为方形。
实施例3
如图12和13所示，一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其余结构均与实施例1相同，不同之处在于：所述榫卯节点3为透榫。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：包括木梁、木柱、榫卯节点、植筋、节点连接件和节点紧固件，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，木梁的梁端上下表面或两侧表面设置有槽道，所述植筋预先植于槽道内，并通过小木条和结构胶封闭，所述节点连接件的一端与植筋连接，另一端与节点紧固件连接，节点紧固件贯穿木柱的柱身，并通过锚板和垫块，在木柱上背对木梁的一侧固定。
2.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述木梁和木柱的截面形状为方形、矩形或圆形。
3.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述木柱在锚板下采用打入木螺钉或植筋方式进行局部增强。
4.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述榫卯节点为燕尾榫、半榫或透榫中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述植筋为螺纹钢、螺杆、圆钢、钢管或FRP中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述节点紧固件采用钢筋、螺杆、钢管或形状记忆合金。
7.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述锚板材质为钢材或硬木，锚板直接接触固定于木柱表面，或者嵌入木柱并保持锚板和木柱外表面平齐。
8.根据权利要求1所述的一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置，其特征在于：所述的垫块采用金属材料或硬木。
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