CN113089831A - 一种高性能阻尼梁柱榫卯结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能阻尼梁柱榫卯结构及其制作方法，该结构包括榫卯连接的木横梁(1)和木柱(2)，还包括阻尼机构；所述的木横梁(1)上设有至少两个可滑动铰接支座(5)，所述的木柱(2)上设有至少两个固定铰接支座(6)；所述的阻尼机构一端与可滑动铰接支座(5)铰接，另一端与固定铰接支座(6)铰接。与现有技术相比，本发明具有结构简单、便于维护，且能提高榫卯节点的抗拔出能力和抗转动能力等优点。

Description

一种高性能阻尼梁柱榫卯结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及木结构加固领域，具体涉及一种高性能阻尼梁柱榫卯结构及其制作方法。

背景技术

传统木结构的建筑结构形式非常丰富，现存的古建筑木结构主要以梁柱结构体系为主，其特点为柱脚平摆浮搁放置于柱基石上，梁柱构件通过榫卯连接构成梁柱结构体系承重骨架；榫卯节点作为古建筑木框架结构的主要耗能构件，其典型特征为半刚性，其缺点在于承载能力和抗弯性能比较弱，初始刚度较低；现存传统木结构都已经历过无数次的自然灾害和人为灾害的洗礼，榫卯节点的拔榫和榫头和卯口的挤压变形比较严重，导致榫卯节点的耗能能力大幅下降，甚至不能满足结构的承载力和变形要求。因此通过增设耗能装置来改善甚至解决古建筑木结构老旧损伤带来的承载力不足、变形过大、耗能性能下降等安全隐患是目前传统木结构维修加固亟待解决的关键问题。

现有的传统木结构耗能装置诸如扁钢、弧形钢板、马口铁等传统的金属铁件主要通过其自身材料的屈服来达到耗能作用，金属构件的刚度较大来提高木框架的初始刚度，其特点为装置体型比较小，具有一定的耗能性能和初始刚度，但是金属件耗能变形后的替换并不方便，甚至会对木柱和木梁带来一些不可逆的破坏。

发明专利CN110173128A公开了一种摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构，包括固定在框架对角的两个固定支座，两个斜支撑及一个摩擦力阻尼器。该专利安装方便，易于更换，但斜支撑与阻尼器三点一线，容易发生失稳破坏，且支撑位于框架对角线，占据的空间较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、便于维护，且能提高榫卯节点的抗拔出能力和抗转动能力的高性能阻尼杆梁柱榫卯结构及其制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，该结构包括榫卯连接的木横梁和木柱，还包括阻尼机构；

所述的木横梁上设有至少两个可滑动铰接支座，所述的木柱上设有至少两个固定铰接支座；

所述的阻尼机构一端与可滑动铰接支座铰接，另一端与固定铰接支座铰接。

本发明使得梁柱榫卯节点的抗拔出能力和抗转动能力得到了大幅提高，可滑动铰接支座可有效避免阻尼机构受压易失稳的缺点，且阻尼机构作为可替换构件，降低了节点的修复成本并提高了修复效率，一定程度上改善了作为传统木结构的梁柱榫卯节点在水平反复荷载下会发生脆性破坏以及承载力和耗能能力不足的问题。

进一步地，所述的木柱上设有至少两个柱紧固件，该柱紧固件靠近木横梁的一侧设有固定板，所述的固定铰接支座固设在该固定板上。固定板内侧尽量靠近木柱。

进一步地，所述的柱紧固件包括至少两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，所述的固定板垂直连接于抱箍之间。

进一步地，所述的木横梁设有至少一个梁紧固件，该梁紧固件靠近木柱的两侧均设有固定板，所述的可滑动铰接支座与该固定板滑动连接。固定板内侧尽量靠近木横梁。

进一步地，所述的梁紧固件包括至少两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，所述的固定板垂直连接于抱箍之间。

进一步地，所述的固定板上固设有滑轨，所述的可滑动铰接支座嵌插在滑轨中，该滑轨两端设有防止可滑动铰接支座滑出的挡板。并且挡板位置可根据节点性能提升需求进行调整；滑轨与可滑动铰接支座接触界面保证有适量润滑油，以便于可滑动铰接支座滑动。

进一步地，所述的阻尼机构包括阻尼器以及阻尼器两端的连接杆，所述的连接杆与可滑动铰接支座和/或固定铰接支座铰接。具体而言是通过螺栓与铰接支座的轴承孔连接。

进一步地，所述的阻尼器两端通过螺栓与连接杆相连，且三者共线。

进一步地，所述木横梁和木柱的截面形状为矩形，且木柱设有卯口，木横梁设有榫头，二者连接于榫卯节点。

一种如所述的高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)在木柱上固定板的中央焊接好固定铰接支座，在木横梁上固定板的中央焊接好滑轨；

(2)通过螺栓将阻尼器与连接杆相连构成阻尼机构，保证三者共线，随后将阻尼机构一端与固定铰接支座通过螺栓连接，另一端与可滑动铰接支座连接；

(3)通过抱箍将木柱上固定板定位在柱内侧，并通过螺栓固定；

(4)在滑轨中加入润滑油，并将可滑动铰接支座与木横梁的固定板上的滑轨装配好，确保可滑动铰接支座两端均可随滑轨自由移动后，用螺钉固定好滑轨端部挡板；

(5)将木横梁对应的固定板通过钢抱箍定位在木横梁上，另一侧通过螺栓来固定，固定板位置要保证可滑动铰接支座位于滑轨最靠近木柱的一端，即不可再向木柱滑动，即完成高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过阻尼器将木梁和木柱相连，使得梁柱榫卯节点的抗拔出能力和抗转动能力得到了大幅提高，一定程度上改善了梁柱榫卯节点的传统木结构在水平反复荷载下会发生脆性破坏以及承载力和耗能能力不足的问题；

(2)本发明通过固定铰接支座与仅可向远离木柱滑动的铰接支座，使得阻尼器受拉时提供刚度，受压时避免屈曲失稳造成的阻尼器损坏；

(3)本发明结构简单，构件较少，预制、安装方便；此外，相比采用较大对角斜撑的加固方案节省了较多空间。

附图说明

图1为实施例中榫卯结构的主视图；

图2为实施例中柱紧固件的正面示意图；

图3为实施例中柱紧固件的背面示意图；

图4为实施例中梁紧固件的示意图；

图5为实施例中滑轨顶端端部局部示意图；

图6为实施例中滑轨底端端部局部示意图；

图7为实施例中可滑动铰接支座与滑轨装配示意图；

图8为实施例中阻尼器正视图及俯视图；

图9为实施例中连接杆正视图及俯视图；

图10为实施例中阻尼器与连接杆连接图；

图中标号所示：木横梁1、木柱2、榫卯节点3、固定板4、可滑动铰接支座5、固定铰接支座6、阻尼器7、滑轨8、挡板9、连接杆10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，如图1，该结构包括榫卯连接的木横梁1和木柱2，还包括阻尼机构；木横梁1上设有两个可滑动铰接支座5，木柱2上设有两个固定铰接支座6；阻尼机构一端与可滑动铰接支座5铰接，另一端与固定铰接支座6铰接。木横梁1和木柱2的截面形状为矩形，且木柱2设有卯口，木横梁1设有榫头，二者连接于榫卯节点3。

该结构使得梁柱榫卯节点的抗拔出能力和抗转动能力得到了大幅提高，可滑动铰接支座5可有效避免阻尼机构受压易失稳的缺点，且阻尼机构作为可替换构件，降低了节点的修复成本并提高了修复效率，一定程度上改善了作为传统木结构的梁柱榫卯节点在水平反复荷载下会发生脆性破坏以及承载力和耗能能力不足的问题。

如图2-3，木柱2上设有两个柱紧固件，该柱紧固件靠近木横梁1的一侧设有固定板4，固定铰接支座6固设在该固定板4上。固定板4内侧尽量靠近木柱2。柱紧固件包括两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，固定板4垂直连接于抱箍之间。

如图4，木横梁1设有一个梁紧固件，该梁紧固件靠近木柱2的两侧均设有固定板4，可滑动铰接支座5与该固定板4滑动连接。固定板4内侧尽量靠近木横梁1。梁紧固件包括两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，固定板4垂直连接于抱箍之间。

如图3-4，固定板4上固设有滑轨8，可滑动铰接支座5嵌插在滑轨8中，该滑轨8两端设有防止可滑动铰接支座5滑出的挡板9。并且挡板9位置可根据节点性能提升需求进行调整；滑轨8与可滑动铰接支座5接触界面保证有适量润滑油，以便于可滑动铰接支座5滑动。

如图8-9，阻尼机构包括阻尼器7以及阻尼器7两端的连接杆10，连接杆10与可滑动铰接支座5和/或固定铰接支座6铰接。具体而言是通过螺栓与铰接支座的轴承孔连接。阻尼器7两端通过螺栓与连接杆10相连，且三者共线。

其中，其中木横梁1、木柱2及榫卯节点3为既有结构，材料及具体尺寸可视为已确定，固定板4、滑轨8和挡板9的材料为钢，加固结构的尺寸根据既有结构确定，固定板4宽度略小于梁柱截面，此外，应保证抱箍可将固定板4固定在梁柱表面。抱箍与固定板4之间、滑轨8与固定板4之间焊接，抱箍所用材料为软钢。铰接支座安装有轴承，并通过螺栓与阻尼机构相连，从而实现铰接连接。

一种如高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

(1)在木柱2上固定板4的中央焊接好固定铰接支座6，在木横梁1上固定板4的中央焊接好滑轨8；

(2)通过螺栓将阻尼器7与连接杆10相连构成阻尼机构，保证三者共线，随后将阻尼机构一端与固定铰接支座6通过螺栓连接，另一端与可滑动铰接支座5连接；

(3)通过抱箍将木柱2上固定板4定位在柱内侧，并通过螺栓固定，保证抱箍可以固定钢板位置，不发生滑移；

(4)如图5-7，在滑轨8中加入润滑油，并将可滑动铰接支座5与木横梁1的固定板4上的滑轨8装配好，确保可滑动铰接支座5两端均可随滑轨8自由移动后，用螺钉固定好滑轨8端部挡板9；

(5)将木横梁1对应的固定板4通过钢抱箍定位在木横梁1上，另一侧通过螺栓来固定，固定板4位置要保证可滑动铰接支座5位于滑轨8最靠近木柱2的一端，即不可再向木柱2滑动，即保证可滑动铰接支座5位于滑轨8最左端，即阻尼器7受拉不滑动，受压时向右滑动。可滑动铰接支座5可通过滑轨8向右自由滑动，即完成高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作。

本发明的工作原理：本发明主要用于传统木结构加固修缮，当实际用于工程时，可根据既有建筑的具体尺寸、抗震要求实施改节点性能提升方法。当该结构在地震作用下榫卯木节点发生转动时，以向下转动为例，木横梁1下方的阻尼器7可作为支撑一定程度上控制梁柱的相对转动，可移动铰接点使得钢固定板4摆脱复杂的受力状态，避免阻尼器7受压屈曲造成阻尼器7损坏。而梁上部阻尼器7可通过受拉提供刚度，防止木梁榫头发生严重拔出的现象。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，该结构包括榫卯连接的木横梁(1)和木柱(2)，其特征在于，还包括阻尼机构；

所述的木横梁(1)上设有至少两个可滑动铰接支座(5)，所述的木柱(2)上设有至少两个固定铰接支座(6)；

所述的阻尼机构一端与可滑动铰接支座(5)铰接，另一端与固定铰接支座(6)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的木柱(2)上设有至少两个柱紧固件，该柱紧固件靠近木横梁(1)的一侧设有固定板(4)，所述的固定铰接支座(6)固设在该固定板(4)上。

3.根据权利要求2所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的柱紧固件包括至少两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，所述的固定板(4)垂直连接于抱箍之间。

4.根据权利要求1所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的木横梁(1)设有至少一个梁紧固件，该梁紧固件靠近木柱(2)的两侧均设有固定板(4)，所述的可滑动铰接支座(5)与该固定板(4)滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的梁紧固件包括至少两个互相平行的矩形框架结构的抱箍，所述的固定板(4)垂直连接于抱箍之间。

6.根据权利要求4所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的固定板(4)上固设有滑轨(8)，所述的可滑动铰接支座(5)嵌插在滑轨(8)中，该滑轨(8)两端设有防止可滑动铰接支座(5)滑出的挡板(9)。

7.根据权利要求1所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的阻尼机构包括阻尼器(7)以及阻尼器(7)两端的连接杆(10)，所述的连接杆(10)与可滑动铰接支座(5)和/或固定铰接支座(6)铰接。

8.根据权利要求7所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述的阻尼器(7)两端通过螺栓与连接杆(10)相连，且三者共线。

9.根据权利要求1所述的一种高性能阻尼梁柱榫卯结构，其特征在于，所述木横梁(1)和木柱(2)的截面形状为矩形，且木柱(2)设有卯口，木横梁(1)设有榫头，二者连接于榫卯节点(3)。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)在木柱(2)上固定板(4)的中央焊接好固定铰接支座(6)，在木横梁(1)上固定板(4)的中央焊接好滑轨(8)；

(2)通过螺栓将阻尼器(7)与连接杆(10)相连构成阻尼机构，保证三者共线，随后将阻尼机构一端与固定铰接支座(6)通过螺栓连接，另一端与可滑动铰接支座(5)连接；

(3)通过抱箍将木柱(2)上固定板(4)定位在柱内侧，并通过螺栓固定；

(4)在滑轨(8)中加入润滑油，并将可滑动铰接支座(5)与木横梁(1)的固定板(4)上的滑轨(8)装配好，确保可滑动铰接支座(5)两端均可随滑轨(8)自由移动后，用螺钉固定好滑轨(8)端部挡板(9)；

(5)将木横梁(1)对应的固定板(4)通过钢抱箍定位在木横梁(1)上，另一侧通过螺栓来固定，固定板(4)位置要保证可滑动铰接支座(5)位于滑轨(8)最靠近木柱(2)的一端，即完成高性能阻尼杆梁柱榫卯结构的制作。

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