CN106948609B - 一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构及其制造方法，其中，一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，包括角边钢板、加强连接件以及弧形拱钢，角边钢板为两个，两个角边钢板一端相铰接，另一端分别设置有连接耳板，两个角边钢板上还设置有与木结构节点连接的外接连接件，弧形拱钢一端为涡旋形的弹簧部，弧形拱钢的弹簧部和另一端分别连接到两个角边钢板的连接耳板上，两个角边钢板与弧形拱钢之间形成加强区，加强连接件设置于加强区中，加强连接件分别与两个角边钢板固定连接。本发明极大地提高木结构节点刚度、承载能力和变形能力，增强木结构节点的耗能能力，从而极大地改善木结构节点的抗震性能。

Description

一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种建筑加固结构及其制造方法，具体涉及一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构及其制造方法。
背景技术
由于外力(地震和台风)及自然环境(雨、阳光、雪侵蚀或微生物破坏)的作用对木构件产生了不同程度的损坏或者老化，加固技术在木结构建筑中的应用越来越广泛。而对古木建筑的震害调研中发现，部分结构出现严重破坏甚至整体倒塌，且破坏主要集中在节点区域，是木结构建筑中的薄弱环节。节点区域受力复杂，而且节点内部(尤其是榫卯相交的地方)很难进行加固施工，很多技术和施工问题仍未得到很好的解决，成为制约木结构建筑妥善加固保护的重要问题。
目前针对木结构节点的加固方法主要有以下几种：纤维布加固法、扒钉或者扁钢加固法、弧形钢板或钢销加固法和梁底托木加固法。其中，纤维布加固法需要使用结构胶，对构造复杂的节点的粘贴技术是加固施工中的难题；扒钉或者扁钢加固法、弧形钢板或钢销加固法和梁底托木加固法会对原构件造成损伤，在震害过程中加快构件的破坏速度。
用钢材加固木结构节点传统的方法具有突出的优点：钢材抗拉强度大，延性好，能增强木结构节点的刚度的变形能力；同时也有明显的缺点：对原构件形成损伤，而且不美观。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构。
本发明另一目的在于：提供一种制造用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，包括角边钢板、加强连接件以及弧形拱钢，角边钢板为两个，两个角边钢板一端相铰接，另一端分别设置有连接耳板，两个角边钢板上还设置有与木结构节点连接的外接连接件，弧形拱钢一端为涡旋形的弹簧部，弧形拱钢的弹簧部和另一端分别连接到两个角边钢板的连接耳板上，两个角边钢板与弧形拱钢之间形成加强区，加强连接件设置于加强区中，加强连接件分别与两个角边钢板固定连接。
优选的，所述弧形拱钢向加强连接件弯曲，并且弧形拱钢中部与加强连接件相接触，还包括拱钢限位片，拱钢限位片为两个，分别设置在弧形拱钢两侧，两个拱钢限位片分别固定于加强连接件上。
优选的，所述加强连接件为加强圆筒，加强圆筒为三个，包括一个主加强圆筒以及两个次加强圆筒，主加强圆筒直径大于次加强圆筒，两个次加强圆筒设置在主加强圆筒外部两侧，主加强圆筒分别固定于两个角边钢板上，两次加强圆筒分别与两角边钢板一一对应固定连接。
优选的，与弹簧部连接的角边钢板对应弹簧部设置有包围在弹簧部外的圆弧限位钢板，圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中均填充有橡胶。
优选的，所述弹簧部的中心处固定有第一双头螺杆，弧形拱钢另一端上固定有第二双头螺杆，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别安装到两个角边钢板的连接耳板中。
优选的，还包括锁紧螺母，所述连接耳板包括两个连接片，两连接片分别固定连接到角边钢板上,两连接片间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，一个连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆穿过的通孔，另一连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆装入的U形槽口，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别通过锁紧螺母固定于对应的两连接片上。
优选的，弧形拱钢的弹簧部与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面。
优选的，所述两个次加强圆筒外圆周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
一种制造用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的方法，包括以下步骤：
将两个角边钢板一端相铰接，将主加强圆筒外圆周面焊接于两个角边钢板上，将两个次加强圆筒分别焊接于主加强圆筒两侧的两个角边钢板上；
将四个连接耳板，两两成一组，分别焊接到两角边钢板的另一端的两侧上，相对的两连接耳板之间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，相对的两连接耳板其一上开设有通孔，另一上开设有U形槽口；
在弧形拱钢一端上焊接第二双头螺杆，弧形拱钢另一端为涡旋形的弹簧部，在弹簧部的中心处焊接第一双头螺杆，第一双头螺杆和第二双头螺杆两端分别装入到两角边钢板的连接耳板上，并通过锁紧螺母进行固定。
优选的，在弹簧部连接的角边钢板上焊接一包围在弹簧部外的圆弧限位钢板，在圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中填充橡胶；
弧形拱钢的弹簧部为涡旋弹簧钢板，焊接于弧形拱钢的主体上，涡旋弹簧钢板与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面；
两个次加强圆筒外周周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明利用弧形拱钢合理受力特点和弹簧部的张拉与橡胶的挤压和摩擦作用，极大地提高木结构节点刚度、承载能力和变形能力，增强木结构节点的耗能能力，从而极大地改善木结构节点的抗震性能。同时利用第一双头螺杆和锁紧螺母的预紧力耗能，并能实现刚度可调的功能。
2、本发明将两个角边钢板相铰接，可释放角边钢板端部的弯矩，从而减小角边钢板端部的应力，加强连接件(主加强圆筒以及两个次加强圆筒)除了可以抵抗一部分外部荷载，还可以对弧形拱钢进行限位，防止弧形拱钢变形过大而破坏，两个拱钢限位片可以防止弧形拱钢平面外的失稳。
3、本发明的弹簧部和橡胶组成的阻尼构件，通过弹簧部的张拉与橡胶的挤压和摩擦作用，吸收能量，抵抗外部荷载。
4、本发明独特的构造方式既可以增强木结构节点的几何稳定性，受力合理，极大地提高节点刚度、承载能力和变形能力，增强木结构节点的耗能能力，从而极大地改善了木结构整体的抗震性能。
5、本发明具有刚度可调节的优点，根据实际结构的需要，通过调整锁紧螺母，从而调节弹簧部上的第一双头螺杆与连接片之间的转角刚度，并且能在地震过程中通过锁紧螺母与连接片之间的摩擦消耗一部分能量。
6、本发明的可成批工厂预制或定制，适用性和实用性强，能适用于绝大部分木结构建筑的构件，尤其是榫卯连接薄弱的节点区。本发明各部件可分别定制施工，互不影响，并且安装方便迅速，安装成产品后直接应用于工程中，免去了木结构加固工序复杂带来的麻烦。
7、本发明不需要使用结构胶，也不必使用模板，施工安装简单迅速，能提高施工速度和节约人工费用，且造价也相对于其他加固方法更低，具有良好的经济效益。
8、本发明与装饰板相互独立，达到受力性能好，同时具有美观的优点。
9、本发明通过选用抱箍或T形螺栓与木柱和木梁连接，分别可达到无损和微损安装的效果。
附图说明
图1是本发明的两个角边钢板与加强连接件连接的结构示意图。
图2是本发明的弧形拱钢的结构示意图。
图3是在弹簧部的间隙中均填充橡胶后的示意图。
图4是本发明未装上外接连接件时的结构示意图。
图5是图4装上抱箍后的示意图。
图6是图4装上T形螺栓后的示意图。
图7是图5装上装饰板后的示意图。
图8是图6装上装饰板后的示意图。
图9是图1的立体图。
图10是图2的立体图。
图11是图4的立体图。
图12是图5的立体图。
图13是图6的立体图。
图14是图12装上装饰板后的示意图。
图15是图13装上装饰板后的示意图。
图16是图14安装到木结构节点上的示意图。
图17是图15安装到木结构节点上的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一：
一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，包括角边钢板1、加强连接件以及弧形拱钢2，角边钢板为两个，两个角边钢板一端相铰接，另一端分别设置有连接耳板3，两个角边钢板上还设置有与木结构节点连接的外接连接件，弧形拱钢一端为涡旋形的弹簧部4，弧形拱钢的弹簧部和另一端分别连接到两个角边钢板的连接耳板上，两个角边钢板与弧形拱钢之间形成加强区，加强连接件设置于加强区中，加强连接件分别与两个角边钢板固定连接。
优选的，所述弧形拱钢向加强连接件弯曲，并且弧形拱钢中部与加强连接件相接触，还包括拱钢限位片5，拱钢限位片为两个，分别设置在弧形拱钢两侧，两个拱钢限位片分别固定于加强连接件上。
优选的，所述加强连接件为加强圆筒，加强圆筒为三个，包括一个主加强圆筒6以及两个次加强圆筒7，两个次加强圆筒直径相等或不相等，主加强圆筒直径大于次加强圆筒，两个次加强圆筒设置在主加强圆筒外部两侧，主加强圆筒分别固定于两个角边钢板上，两次加强圆筒分别与两角边钢板一一对应固定连接。
优选的，与弹簧部连接的角边钢板对应弹簧部设置有包围在弹簧部外的圆弧限位钢板8，圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中均填充有橡胶9。
优选的，所述弹簧部的中心处固定有第一双头螺杆10，弧形拱钢另一端上固定有第二双头螺杆11，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别安装到两个角边钢板的连接耳板中。
优选的，还包括锁紧螺母12，所述连接耳板包括两个连接片，两连接片分别固定连接到角边钢板上,两连接片间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，一个连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆穿过的通孔13，另一连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆装入的U形槽口14，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别通过锁紧螺母固定于对应的两连接片上。
优选的，弧形拱钢的弹簧部与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面。
优选的，所述两个次加强圆筒外圆周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
优选的，所述外接连接件为抱箍15或T形螺栓16。
本发明的工作过程及工作原理：将两个角边钢板上的外接连接件分别固定于木结构节点的木柱17和木梁18上，外接连接件可以为T形螺栓，将T形螺栓穿过木柱和木梁后，将本发明固定于木结构节点上，具体的，安装前，先在木柱和木梁预定位置开洞和在木柱和木梁背后对应洞口开设背部凹槽，背部凹槽中设置垫钢板20，T形螺栓穿过预定位置开设的洞和垫钢板后通过连接螺母锁紧，从而将本发明固定于木结构节点上。
还可以在弧形拱钢外侧设置装饰板19，装饰板采用与原构件相同的材料，并加工成雀替形状，装饰成为木结构的雀替。受力结构与装饰材料相互独立，达到受力性能好，同时具有美观的优点。
当要求对木柱和木梁无损时，外接连接件可采用抱箍进行连接，抱箍形状与木梁和木柱的形状相匹配，每个角边钢板上可固定两个抱箍，从而将本发明固定于木柱和木梁上。
当两个角边钢板夹角相对变小，即木梁受力向下时，焊接在两角边钢板上的主加强圆筒以及两个次加强圆筒相互挤压，抵抗一部分力，弧形拱钢主要受到压力从而抵抗另一部分力，而且由于在两个拱钢限位片的阻制作用下，弧形拱钢不会发生平面外失稳。
两个角边钢板夹角相对变大时，即木梁受力向上时，弧形拱钢受拉，而弹簧部和填充在圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中的橡胶组合承担大部分载荷，由于填充的橡胶对弹簧部起阻碍作用，因此，减缓了涡旋形的弹簧部受拉而不断向内环收缩的趋势，从而提供了很大抵抗能力。
本发明还可以通过调节锁紧螺母与连接片之间的松紧程度，从而调节弹簧部上的第一双头螺杆与连接片之间的转角刚度(转角刚度可理解为第一双头螺杆绕轴向转动的难易程度)，从而进一步调节本发明的刚度，并且能在地震过程中通过锁紧螺母与连接片之间的摩擦消耗一部分能量。
当锁紧螺母拧紧时，第一双头螺杆与连接片之间的作用力加强，从而限制了第一双头螺杆的转动，进而通过增大第一双头螺杆相对连接片的转角刚度，从而增大用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的刚度；当调整锁紧螺母至微松时，第一双头螺杆与连接片之间的作用力减弱，第一双头螺杆的转动的限制作用变弱。因此，可以根据实际结构的残损程度来确定本发明的刚度。
实施例二
一种制造用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的方法，包括以下步骤：
将两个角边钢板一端相铰接，将主加强圆筒外圆周面焊接于两个角边钢板上，将两个次加强圆筒分别焊接于主加强圆筒两侧的两个角边钢板上；
将四个连接耳板，两两成一组，分别焊接到两角边钢板的另一端的两侧上，相对的两连接耳板之间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，相对的两连接耳板其一上开设有通孔，另一上开设有U形槽口；
在弧形拱钢一端上焊接第二双头螺杆，弧形拱钢另一端为涡旋形的弹簧部，在弹簧部的中心处焊接第一双头螺杆，第一双头螺杆和第二双头螺杆两端分别装入到两角边钢板的连接耳板上，并通过锁紧螺母进行固定。
优选的，在弹簧部连接的角边钢板上焊接一包围在弹簧部外的圆弧限位钢板，在圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中填充橡胶；
弧形拱钢的弹簧部与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面；
两个次加强圆筒外圆周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：包括角边钢板、加强连接件以及弧形拱钢，角边钢板为两个，两个角边钢板一端相铰接，另一端分别设置有连接耳板，两个角边钢板上还设置有与木结构节点连接的外接连接件，弧形拱钢一端为涡旋形的弹簧部，弧形拱钢的弹簧部和另一端分别连接到两个角边钢板的连接耳板上，两个角边钢板与弧形拱钢之间形成加强区，加强连接件设置于加强区中，加强连接件分别与两个角边钢板固定连接；
所述弹簧部的中心处固定有第一双头螺杆，弧形拱钢另一端上固定有第二双头螺杆，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别安装到两个角边钢板的连接耳板中。
2.根据权利要求1所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：所述弧形拱钢向加强连接件弯曲，并且弧形拱钢中部与加强连接件相接触，还包括拱钢限位片，拱钢限位片为两个，分别设置在弧形拱钢两侧，两个拱钢限位片分别固定于加强连接件上。
3.根据权利要求2所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：所述加强连接件为加强圆筒，加强圆筒为三个，包括一个主加强圆筒以及两个次加强圆筒，主加强圆筒直径大于次加强圆筒，两个次加强圆筒设置在主加强圆筒外部两侧，主加强圆筒分别固定于两个角边钢板上，两次加强圆筒分别与两角边钢板一一对应固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：与弹簧部连接的角边钢板对应弹簧部设置有包围在弹簧部外的圆弧限位钢板，圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中均填充有橡胶。
5.根据权利要求1所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：还包括锁紧螺母，所述连接耳板包括两个连接片，两连接片分别固定连接到角边钢板上,两连接片间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，一个连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆穿过的通孔，另一连接片开设有供第一双头螺杆或第二双头螺杆装入的U形槽口，第一双头螺杆和第二双头螺杆分别通过锁紧螺母固定于对应的两连接片上。
6.根据权利要求1所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：弧形拱钢的弹簧部与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面。
7.根据权利要求3所述的用于加固木结构节点的拟雀替加固结构，其特征在于：所述两个次加强圆筒外圆周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
8.一种制造用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的方法，其特征在于包括以下步骤：
将两个角边钢板一端相铰接，将主加强圆筒外圆周面焊接于两个角边钢板上，将两个次加强圆筒分别焊接于主加强圆筒两侧的两个角边钢板上；
将四个连接耳板，两两成一组，分别焊接到两角边钢板的另一端的两侧上，相对的两连接耳板之间形成供弧形拱钢端部装入的安装区，相对的两连接耳板其一上开设有通孔，另一上开设有U形槽口；
在弧形拱钢一端上焊接第二双头螺杆，弧形拱钢另一端为涡旋形的弹簧部，在弹簧部的中心处焊接第一双头螺杆，第一双头螺杆和第二双头螺杆两端分别装入到两角边钢板的连接耳板上，并通过锁紧螺母进行固定。
9.根据权利要求8所述的制造用于加固木结构节点的拟雀替加固结构的方法，其特征在于：在弹簧部连接的角边钢板上焊接一包围在弹簧部外的圆弧限位钢板，在圆弧限位钢板与弹簧部之间及所述涡旋形的弹簧部的间隙中填充橡胶；
弧形拱钢的弹簧部为涡旋弹簧钢板，焊接于弧形拱钢的主体上，涡旋弹簧钢板与弧形拱钢的主体之间为变截面的过渡方式连接，弹簧部的横截面薄于弧形拱钢的主体的横截面；
两个次加强圆筒外周周表面与主加强圆筒外圆周表面相接触，弧形拱钢中部分别与两个次加强圆筒外圆周表面和主加强圆筒外圆周表面间相接触或具有间隙。
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