CN103422682A - 一种自复位榫卯节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自复位榫卯节点，包括木梁、木柱、梁柱间的榫卯节点和预应力筋，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，所述预应力筋沿木梁纵向贯穿木梁和木柱，预应力筋的端部通过锚板、锚垫板和锚具，在木柱上背对木梁的一侧固定。本发明节点具有较高的抗弯能力、耗能能力，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。
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及震损后的修复，也可用于新建木结构梁柱榫卯节点的增强。
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。
古建筑木结构的主要由榫卯连接，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，结合我国古建筑木结构体系自身，具有良好的抗弯能力和耗能能力。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。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种具有自复位能力的古建筑木结构大木构架的榫卯节点，该节点具有较高的抗弯能力、耗能能力，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：一种自复位榫卯节点，包括木梁、木柱、梁柱间的榫卯节点和预应力筋，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，所述预应力筋沿木梁纵向贯穿木梁和木柱，预应力筋的端部通过锚板、锚垫板和锚具，在木柱上背对木梁的一侧固定。
作为优选，所述木梁和木柱的横截面为方形、矩形或圆形。
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，所述预应力筋为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP中的一种。
作为优选，所述预应力筋设置在套管内，套管设置在位于木梁上下两侧开设的槽道中，用量和预应力均匀配置，套管材质为塑料、金属或FRP，待张拉施工完毕后采用小木条和专用结构胶将槽道封闭。
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，所述的锚垫板采用钢材或钢材和硬木的组合。
作为优选，所述的锚具选用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具。
有益效果：采用本发明提供的自复位榫卯节点，小震下，梁柱节点与固接节点相同；中震或大震下，利用榫卯节点的摩擦滑移特性实现耗能，同时，榫卯节点和预应力筋作用共同提供转动刚度，结构出现大变形但不会破坏，预应力筋始终处于弹性状态；地震作用过后，木柱和木梁基本没有明显破坏和残余变形，在预应力筋的作用下，梁端基本回到初始状态。因此，本发明可以实现小震下结构稳定，大震下结构出现大变形但不致破坏，震后结构自复位的效果。
本发明中预应力筋和锚具等均可替换、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为本发明自复位榫卯节点实施例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为本发明在木梁上下两侧开设的槽道示意图；
图5为本发明预应力筋在木梁槽道中设置示意图；
图6为本发明自复位榫卯节点实施例2结构俯视图；
图7为本发明实施例3去除透榫外露端头的示意图；
图8为本发明实施例3针对透榫节点的自复位榫卯节点示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1、2和3所示，一种自复位榫卯节点，包括木梁1、木柱2、梁柱间的榫卯节点3和预应力筋4，所述木梁1与木柱2之间通过榫卯节点3连接，所述预应力筋4沿木梁纵向贯穿木梁1和木柱2，预应力筋1的端部通过锚板5、锚垫板6和锚具7，在木柱2上背对木梁1的一侧固定。
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为燕尾榫及半榫。
所述预应力筋4为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP中的一种。
如图5和6所示，所述预应力筋4设置在套管9内，套管9设置在位于木梁1上下两侧开设的槽道8中，用量和预应力均匀配置，套管9材质为塑料、金属或FRP，待张拉施工完毕后采用小木条10和专用结构胶将槽道8封闭。
所述锚板5材质为钢材或硬木，锚板5直接接触固定于木柱2表面，或者嵌入木柱2并保持锚板5和木柱2外表面平齐。所述的锚垫板6采用钢材或钢材和硬木的组合。所述的锚具7选用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具。
实施例2
如图6所示，一种自复位榫卯节点，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7和8所示，一种自复位榫卯节点，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 (9)
1.一种自复位榫卯节点，其特征在于：包括木梁、木柱、梁柱间的榫卯节点和预应力筋，所述木梁与木柱之间通过榫卯节点连接，所述预应力筋沿木梁纵向贯穿木梁和木柱，预应力筋的端部通过锚板、锚垫板和锚具，在木柱上背对木梁的一侧固定。
2.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述木梁和木柱的横截面为方形、矩形或圆形。
3.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述木梁材质为原木、锯材、胶合木、单板层积材、平行木片胶合木、层叠木片胶合木、其他工程木材中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，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所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述预应力筋为预应力钢绞线、预应力钢丝束、精轧螺纹钢或FRP中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述预应力筋设置在套管内，套管设置在位于木梁上下两侧开设的槽道中，套管材质为塑料、金属或FRP，采用小木条和专用结构胶将槽道封闭。
7.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，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所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述的锚垫板采用钢材或钢材和硬木的组合。
9.根据权利要求1所述的一种自复位榫卯节点，其特征在于：所述的锚具选用夹片式锚具、粘结式锚具、支承式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131204 |