CN112095791B - 一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法 - Google Patents

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Abstract

一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法，增强的榫卯节点包括木梁、木柱、榫卯节点、形状记忆合金阻尼器、连接件一和连接件二，木梁通过榫卯节点与木柱相连，木梁和木柱分别通过连接件一和连接件二与形状记忆合金阻尼器相连。形状记忆合金阻尼器包括木质底板、木质面板和形状记忆合金弹簧，其中木质底板和木质面板分别通过连接件二和连接件一与木柱和木梁连接，木质面板和木质底板通过形状记忆合金弹簧相连。增强方法通过木梁和木柱的相对转动带动木质面板转动，进而拉伸或挤压形状记忆合金弹簧，达到耗能目的。本发明能够在部改变古建筑木结构原营造特征的情况下，有效提升榫卯节点的承载能力和耗能能力。

Description

一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法
技术领域
本发明涉及木结构抗震加固与消能减震技术领域，特别涉及一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法。
背景技术
古建筑木结构通过榫卯连接的梁柱节点具有一定的转动能力和良好的耗能能力，但经历数次地震作用后，榫卯节点存在一定松动等残损，影响其抗震承载能力和节点刚度，进而造成整体结构抗震承载力降低以及结构位移过大，面临整体变形过大甚至倒塌的风险。因此，增强榫卯节点，保证其抗震承载力和刚度对结构安全性至关重要。
现有木结构榫卯节点加固方法，如采用扁钢等各种形式的钢材加固法以及采用纤维布等纤维复合材料加固法等，虽然能取得良好的加固效果，但由于所选加固材料与古建筑木结构的本体材料——木材相差较远，外观上存在一定的违和感，且限制梁柱的位移，影响梁柱节点的转动能力和耗能能力。
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形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法，该方法能够实现古建筑木结构的加固，还能最大限度地保留古建筑木结构的特色。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，包括木梁1端部设置的榫头3和木柱2内侧面的卯口4，榫头3插入卯口4，木梁1与木柱2之间设置有形状记忆合金阻尼器，木梁1通过连接件一8与形状记忆合金阻尼器相连，木柱2通过连接件二9与形状记忆合金阻尼器相连。
所述形状记忆合金阻尼器包括木质底板6、木质面板5和形状记忆合金弹簧7，在木质底板6右半部和木质面板5左半部分加工成半板厚的带槽带10的扇形木板，所述槽带10是以榫头3的转动点为圆心，以木质底板6半径的1/3和2/3为半径的两圆弧状槽带，槽带10的宽和厚大于形状记忆合金弹簧7的外径，形状记忆合金弹簧7居中放置在槽带10里，并通过粘结在槽带10端部钢板15的挂钩连接木质底板6和木质面板5。
所述连接件一8包括两第一钢带13，两第一钢带13一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12固定于木梁1上，另一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12与木质面板5相连；
所述第一钢带13采用L形钢带，第一钢带13采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
所述连接件二9包括两第二钢带14，两第二钢带14一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12固定于木柱2外侧，另一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12与木质夹板6相连；
所述第二钢带14采用半圆弧状钢带，第二钢带14采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
所述木质面板5和木质底板6的尺寸参照《营造法式》的雀替尺寸要求，木质底板6和木质面板5的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质底板高为木构架净面阔的1/8，木质底板6和木质面板5的厚为0.3倍柱径，木质底板6和木质面板5的总厚度小于等于梁1宽度。
木质底板6所包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的不规则弧形面，所述面板5包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的15°弧形区加不规则弧形区域。
所述木质底板6和木质面板5上设置槽带10，槽带10的弧度和长度，以榫头3的转动点为圆心，榫头3的转动点与槽带中心线的距离为半径。
所述形状记忆合金弹簧7能在所述槽带10上拉伸压缩变形。
一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点得增强方法，包括以下步骤；
1)用一定数量的连接件二9将木质底板6固定在木柱2上；
2)用一定数量的连接件一8将木质面板5固定在木梁1上；
3)木质底板6的面积由木质底板6和木质面板5的重叠区域(榫头3转动角度15°的区域)和木质底板6与柱2交接部分的转角为30°区域组成，整个木质底板的平面面积为以木构架面净阔1/8为半径的不规则弧面积，木质面板5的面积是重叠面积加不规则弧形面积；
4)合适的形状记忆合金弹簧7和钢板15将木质面板5和木质底板6连接。
本发明的有益效果：
1)本发明所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法，不损伤原结构，经济环保，易于加工操作，便于更换，木柱内侧增加形状记忆合金阻尼器，提高木柱对木梁的支撑作用，有利于木梁受力，并能提供较大的阻尼耗能；
2)本发明增加的阻尼器，在水平荷载作用下，可以通过形状记忆合金弹簧拉伸压缩变形消耗能量，增加榫卯节点的耗能能力。
3)本发明所述加固方法沿用古建筑木结构的特色，能够保存古建筑风格，可以实现“原状加固”。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明中木质底板与木柱的连接图。
图3为本发明中木质面板与木梁的连接图。
图4为木质底板6结构示意图。
图5为木质面板5结构示意图。
图6为本发明操作流程图。
其中，1为梁；2为柱；3为榫头；4为卯口；5为木质面板；6为木质底板；7为形状记忆合金弹簧；8为连接件一；9为连接件二；10为木质底板面板槽带；11为高强螺栓；12为碟形弹簧，13为钢带，14为弧形钢带，15为钢板带挂钩。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参考图1-图5，本发明所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，包括木梁1端部设置的榫头3和木柱2内侧面的卯口4，榫头3插入卯节口4，木梁1与木柱2之间设置有形状记忆合金阻尼器，木梁1通过连接件一8与形状记忆合金阻尼器相连，木柱2通过连接件二9与形状记忆合金阻尼器相连。
所述形状记忆合金阻尼器包括木质底板6、木质面板5和形状记忆合金弹簧7，木质底板6的形状如附图4所示，木质面板5的形状如附图5所示，在木质底板6右半部和木质面板5左半部分加工成半板厚的带槽带10的扇形木板，槽带10端部粘结带挂钩的钢板15，通过挂钩与形状记忆合金弹簧7相连，将形状记忆合金弹簧7将木质底板6和木质面板5连接。
所述连接件一8包括两第一钢带13，两第一钢带13一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12固定于木梁1上，另一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12与木质面板5相连；
所述第一钢带13采用L形钢带，详见图3，第一钢带13采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
所述连接件二9包括两第二钢带14，两第二钢带14一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12固定于木柱2外侧，另一端通过高强螺栓11和碟形弹簧12与木质夹板6相连；
所述第二钢带14采用半圆弧状钢带，详见图2，第二钢带14采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
所述木质面板5和木质底板6的尺寸参照《营造法式》的雀替尺寸要求，木质底板6和木质面板5的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质底板高为木构架净面阔的1/8，木质底板6和木质面板5的厚为0.3倍柱径；木质底板6和木质面板5的总厚度小于等于梁1宽度。
木质底板6所包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的不规则弧面积，详见图4，所述面板5包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的15°弧形区加不规则弧形区域，详见图5。
所述木质底板6和木质面板5上设置槽带10，槽带10的弧度和长度，以榫头3的转动点为圆心，榫头3的转动点与槽带中心线的距离为半径，并考虑榫头3的转角区域[-0.13rad,0.13rad]联合确定，详见图4和图5。
所述形状记忆合金弹簧7能在所述槽带10上拉伸压缩变形。
一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点的增强方法，包括以下步骤；
1)用一定数量的连接件二9将木质底板6固定在木柱2上；
2)用一定数量的连接件一8将木质面板5固定在木梁1上；
3)木质底板6的面积由木质底板6和木质面板5的重叠区域(榫头3转动角度15°的区域)和木质底板6与柱2交接部分的转角为30°区域组成，整个木质底板的平面面积为以木构架面净阔1/8为半径的不规则弧面积，木质面板5的面积是重叠面积加不规则弧形面积；
4)合适的形状记忆合金弹簧7和钢板15将木质面板5和木质底板6连接。
操作流程图
参考图6，本发明所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法的操作流程图。
以上对本发明所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点及其增强方法只是示意性的实施方式，本发明的实施不仅限于此，基于本方案的任何无创造性的修改与变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，包括木梁(1)端部的榫头(3)和木柱(2)内的卯口(4)，榫头(3)插入卯口(4)，木梁(1)与木柱(2)之间设置有形状记忆合金阻尼器，木梁(1)通过连接件一(8)与形状记忆合金阻尼器相连，木柱(2)通过连接件二(9)与形状记忆合金阻尼器相连，其特征在于，所述形状记忆合金阻尼器包括木质底板(6)、木质面板(5)和形状记忆合金弹簧(7)，在木质底板(6)右半部和木质面板(5)左半部分加工成半板厚的带有槽带(10)的扇形木板，所述槽带(10)是以榫头(3)的转动点为圆心，以木质底板(6)半径的1/3和2/3为半径的两圆弧状槽带，槽带(10)的宽和厚大于形状记忆合金弹簧(7)的外径，形状记忆合金弹簧(7)居中放置在槽带(10)里，并通过粘结在槽带(10)端部钢板(15)的挂钩连接木质底板(6)和木质面板(5)。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，其特征在于，所述连接件一(8)包括两第一钢带(13)，两第一钢带(13)一端通过高强螺栓(11)和碟形弹簧(12)固定于木梁(1)上，另一端通过高强螺栓(11)和碟形弹簧(12)与木质面板(5)相连；所述第一钢带(13)采用L形钢带，第一钢带(13)采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，其特征在于，所述连接件二(9)包括两第二钢带(14)，两第二钢带(14)一端通过高强螺栓(11)和碟形弹簧(12)固定于木柱(2)外侧，另一端通过高强螺栓(11)和碟形弹簧(12)与木质底板(6)相连；所述第二钢带(14)采用半圆弧状钢带，第二钢带(14)采用Q345B钢，厚度4mm，钢带的镀锌量为275g/m2。
4.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，其特征在于，所述木质底板(6)和木质面板(5)的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质底板高为木构架净面阔的1/8，木质底板(6)和木质面板(5)的厚为0.3倍柱径；木质底板(6)和木质面板(5)总厚度小于等于木梁(1)宽度；木质底板(6)所包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的不规则弧面，所述木质面板(5)包含区域是以木构架净面阔的1/8为半径的15°弧形区加不规则弧形区域。
5.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点，其特征在于，所述木质底板(6)和木质面板(5)上设置槽带(10)，槽带(10)的弧度和长度，以榫头(3)转动点为圆心，榫头(3)转动点与槽带中心线的距离为半径。
6.基于权利要求1所述的一种形状记忆合金阻尼器增强的榫卯节点的增强方法，其特征在于，包括以下步骤；
1)用连接件二(9)将木质底板(6)固定在木柱(2)上；
2)用连接件一(8)将木质面板(5)固定在木梁(1)上；
3)木质底板(6)的面积由木质底板(6)和木质面板(5)的重叠区域和木质底板(6)与木柱(2)交接部分的转角为30°区域组成，整个木质底板(6)的平面面积为以木构架净面阔1/8为半径的不规则弧形面积，木质面板(5)的面积是重叠面积加不规则弧形面积；
4)用形状记忆合金弹簧(7)和钢板(15)将木质面板(5)和木质底板(6)连接。
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