CN113123630A - 一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法 - Google Patents

一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，包括步骤：一、确定木结构腐朽榫卯区域长度；二、确定形状记忆合金的等效截面积；三、确定形状记忆合金的数量并标记形状记忆合金位置；四、根据形状记忆合金位置打孔；五、清孔；六、孔内注胶；七、向注胶后的孔内植入形状记忆合金；八、固化养护。本发明利用形状记忆合金贯穿整个木结构腐朽榫卯区域将木结构腐朽榫卯节点加固，同时木结构的榫卯节点采用形状记忆合金承受外力作用，在外力去除后，木结构榫卯节点变形可完全恢复，改善木结构的榫卯节点受力状态，且不受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，施工简单，成本低，加固效果好，不影响原节点外观。

Description

一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法
技术领域
本发明属于榫卯节点的加固技术领域，具体涉及一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法。
背景技术
由于受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，致使木结构榫卯节点出现不同程度的腐朽、老化，导致节点承载力出现不同程度的降低。近年来，形状记忆合金因其特殊的受力性能而受到广泛应用：受外力作用时发生较大变形，去除外力后，大变形完全恢复。但是在变形过程中，应力应变曲线并不是线性的，会产生耗散能。现如今缺少一种基于形状记忆合金这种性能的简单且效果明显的加固腐朽榫卯节点的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，利用形状记忆合金贯穿整个木结构腐朽榫卯区域将木结构腐朽榫卯节点加固，同时木结构的榫卯节点采用形状记忆合金承受外力作用，在外力去除后，木结构榫卯节点变形可完全恢复，改善木结构的榫卯节点受力状态，且不受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，施工简单，成本低，加固效果好，不影响原节点外观，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定木结构腐朽榫卯区域长度；
步骤二、确定形状记忆合金的等效截面积：
当木梁的横截面积为矩形时，木梁的净截面抵抗矩
Figure BDA0003015348130000021
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure BDA0003015348130000022
其中，b为木梁的宽度，h为木梁的高度，fnw为木梁的抗弯强度设计值，Wns为形状记忆合金的等效净截面抵抗矩，fns为形状记忆合金的等效抗弯强度设计值；
当木梁的横截面积为圆形时，木梁的净截面抵抗矩
Figure BDA0003015348130000023
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure BDA0003015348130000024
其中，dw为木梁的直径；
步骤三、确定形状记忆合金的数量并标记形状记忆合金位置：根据形状记忆合金的等效截面积和单根形状记忆合金的横截面积确定形状记忆合金的数量；
根据形状记忆合金的数量以及木柱和木梁的梁柱榫卯节点嵌入段的形状尺寸标记各个形状记忆合金位置，其中，形状记忆合金位置的标记点分布在木梁的端面上，且形状记忆合金位置的标记点沿木梁长度方向的延长线平行穿过梁柱榫卯节点嵌入段，形状记忆合金位置的标记点在梁柱榫卯节点嵌入段的横截面上的投影呈中心对称式分布；
多个形状记忆合金间的最远间距为
Figure BDA0003015348130000025
其中，当梁柱榫卯节点嵌入段的横截面为矩形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段的宽度或高度；当梁柱榫卯节点嵌入段的横截面为圆形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段的直径；
步骤四、根据形状记忆合金位置打孔；在待加固木结构腐朽榫卯端采用电锤或钻孔机打孔，孔的直径为d+4mm，孔的深度为La+30d，其中，d为形状记忆合金的直径，La为木结构腐朽榫卯区域长度；
步骤五、清孔：用不掉毛的毛刷伸至孔底，来回反复抽动，掏出孔中的木屑、灰尘、碎渣杂质，用压缩空气吹出孔内浮尘，再用脱脂棉沾丙酮或酒精擦洗孔内壁；
步骤六、孔内注胶：采用手动注射器，将注胶嘴伸入孔底，由内及外注胶，排出孔内空气，孔内注胶体积不小于孔的体积和形状记忆合金的体积之差；
步骤七、向注胶后的孔内植入形状记忆合金：利用钢丝刷反复刷形状记忆合金，清除形状记忆合金上的锈污，再用酒精或丙酮清洗形状记忆合金；然后把经除锈处理过的形状记忆合金放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底；
步骤八、固化养护：形状记忆合金单向旋入孔底后，保证受加固木结构腐朽榫卯区域不产生振动，直至胶固化，完成木结构腐朽榫卯节点加固。
上述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤一中，采用木材应力波测定仪测定敲击或微钻阻力仪获取的木结构腐朽榫卯区域的应力波分布，进而确定木结构腐朽榫卯区域长度。
上述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤三中，根据形状记忆合金的数量以及木柱和木梁的梁柱榫卯节点嵌入段的形状尺寸，采用墨线弹线定位标记各个形状记忆合金位置。
上述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤六和步骤七在执行过程中，当孔内注胶体积小于孔的体积和形状记忆合金的体积之差时，抽出形状记忆合金，并将形状记忆合金擦洗干净，再向孔内补胶，然后将经处理过的形状记忆合金放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底。
上述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤七中，形状记忆合金旋入孔底的过程中不可逆向反转。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明利用形状记忆合金贯穿整个木结构腐朽榫卯区域将木结构腐朽榫卯节点加固，同时木结构的榫卯节点采用形状记忆合金承受外力作用，在外力去除后，木结构榫卯节点变形可完全恢复，改善木结构的榫卯节点受力状态，便于推广使用。
2、本发明不受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，施工简单，成本低，加固效果好，不影响原节点外观，可靠稳定，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，利用等强代换原理计算形状记忆合金的等效截面积，并对形状记忆合金的加固预留20％的富裕度，根据形状记忆合金的等效截面积和单根形状记忆合金的横截面积确定形状记忆合金的数量，将多个形状记忆合金中心对称且居中设置在梁柱榫卯节点嵌入段内，保证形状记忆合金的加固强度，通过打孔、清孔、注胶的操作将形状记忆合金植入注胶后的孔内，打孔深度大于木结构腐朽榫卯区域长度，保证形状记忆合金加固木结构腐朽榫卯区域的同时与正常木质锚接，加固效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明利用形状记忆合金贯穿整个木结构腐朽榫卯区域将木结构腐朽榫卯节点加固，同时木结构的榫卯节点采用形状记忆合金承受外力作用，在外力去除后，木结构榫卯节点变形可完全恢复，改善木结构的榫卯节点受力状态，且不受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，施工简单，成本低，加固效果好，不影响原节点外观，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明木柱和木梁榫卯配合的结构示意图。
图2为本发明木柱和木梁榫卯加固的结构示意图。
图3为图2的A-A剖视图(木梁的横截面为矩形)。
图4为图2的A-A剖视图(木梁的横截面为圆形)。
图5为本发明的方法流程框图。
附图标记说明:
1—木柱； 2—木梁；
3—梁柱榫卯节点嵌入段； 4—形状记忆合金。
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，包括以下步骤：
步骤一、确定木结构腐朽榫卯区域长度；
本实施例中，步骤一中，采用木材应力波测定仪测定敲击或微钻阻力仪获取的木结构腐朽榫卯区域的应力波分布，进而确定木结构腐朽榫卯区域长度。
步骤二、确定形状记忆合金的等效截面积：
当木梁2的横截面积为矩形时，木梁2的净截面抵抗矩
Figure BDA0003015348130000051
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure BDA0003015348130000052
其中，b为木梁2的宽度，h为木梁2的高度，fnw为木梁的抗弯强度设计值，Wns为形状记忆合金的等效净截面抵抗矩，fns为形状记忆合金的等效抗弯强度设计值；
当木梁2的横截面积为圆形时，木梁2的净截面抵抗矩
Figure BDA0003015348130000053
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure BDA0003015348130000054
其中，dw为木梁2的直径；
步骤三、确定形状记忆合金的数量并标记形状记忆合金位置：根据形状记忆合金的等效截面积和单根形状记忆合金4的横截面积确定形状记忆合金的数量；
根据形状记忆合金的数量以及木柱1和木梁2的梁柱榫卯节点嵌入段3的形状尺寸标记各个形状记忆合金位置，其中，形状记忆合金位置的标记点分布在木梁2的端面上，且形状记忆合金位置的标记点沿木梁2长度方向的延长线平行穿过梁柱榫卯节点嵌入段3，形状记忆合金位置的标记点在梁柱榫卯节点嵌入段3的横截面上的投影呈中心对称式分布；
多个形状记忆合金间的最远间距为
Figure BDA0003015348130000061
其中，当梁柱榫卯节点嵌入段3的横截面为矩形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段3的宽度或高度；当梁柱榫卯节点嵌入段3的横截面为圆形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段3的直径；
本实施例中，步骤三中，根据形状记忆合金的数量以及木柱1和木梁2的梁柱榫卯节点嵌入段3的形状尺寸，采用墨线弹线定位标记各个形状记忆合金位置。
步骤四、根据形状记忆合金位置打孔；在待加固木结构腐朽榫卯端采用电锤或钻孔机打孔，孔的直径为d+4mm，孔的深度为La+30d，其中，d为形状记忆合金4的直径，La为木结构腐朽榫卯区域长度；
步骤五、清孔：用不掉毛的毛刷伸至孔底，来回反复抽动，掏出孔中的木屑、灰尘、碎渣杂质，用压缩空气吹出孔内浮尘，再用脱脂棉沾丙酮或酒精擦洗孔内壁；
步骤六、孔内注胶：采用手动注射器，将注胶嘴伸入孔底，由内及外注胶，排出孔内空气，孔内注胶体积不小于孔的体积和形状记忆合金4的体积之差；
需要说明的是，利用形状记忆合金贯穿整个木结构腐朽榫卯区域将木结构腐朽榫卯节点加固，同时木结构的榫卯节点采用形状记忆合金承受外力作用，在外力去除后，木结构榫卯节点变形可完全恢复，改善木结构的榫卯节点受力状态，且不受潮气、白蚁、虫蛀、扭纹、开裂等因素的影响，施工简单，成本低，加固效果好，不影响原节点外观。
步骤七、向注胶后的孔内植入形状记忆合金：利用钢丝刷反复刷形状记忆合金4，清除形状记忆合金4上的锈污，再用酒精或丙酮清洗形状记忆合金4；然后把经除锈处理过的形状记忆合金4放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底；
本实施例中，步骤六和步骤七在执行过程中，当孔内注胶体积小于孔的体积和形状记忆合金4的体积之差时，抽出形状记忆合金4，并将形状记忆合金4擦洗干净，再向孔内补胶，然后将经处理过的形状记忆合金4放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底。
本实施例中，步骤七中，形状记忆合金4旋入孔底的过程中不可逆向反转。
实际操作中，保证形状记忆合金植入后孔内胶液饱满而又不外流为最佳施工过程，既能保证加固的有效性，又能不浪费胶水，节约成本。
步骤八、固化养护：形状记忆合金单向旋入孔底后，保证受加固木结构腐朽榫卯区域不产生振动，直至胶固化，完成木结构腐朽榫卯节点加固。
本发明实施时，方法步骤简单，利用等强代换原理计算形状记忆合金的等效截面积，并对形状记忆合金的加固预留20％的富裕度，根据形状记忆合金的等效截面积和单根形状记忆合金的横截面积确定形状记忆合金的数量，将多个形状记忆合金中心对称且居中设置在梁柱榫卯节点嵌入段内，保证形状记忆合金的加固强度，通过打孔、清孔、注胶的操作将形状记忆合金植入注胶后的孔内，打孔深度大于木结构腐朽榫卯区域长度，保证形状记忆合金加固木结构腐朽榫卯区域的同时与正常木质锚接，加固效果好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定木结构腐朽榫卯区域长度；
步骤二、确定形状记忆合金的等效截面积：
当木梁(2)的横截面积为矩形时，木梁(2)的净截面抵抗矩
Figure FDA0003015348120000011
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure FDA0003015348120000012
其中，b为木梁(2)的宽度，h为木梁(2)的高度，fnw为木梁的抗弯强度设计值，Wns为形状记忆合金的等效净截面抵抗矩，fns为形状记忆合金的等效抗弯强度设计值；
当木梁(2)的横截面积为圆形时，木梁(2)的净截面抵抗矩
Figure FDA0003015348120000013
根据公式1.2Wnwfnw＝Wnsfns，计算形状记忆合金的等效截面积
Figure FDA0003015348120000014
其中，dw为木梁(2)的直径；
步骤三、确定形状记忆合金的数量并标记形状记忆合金位置：根据形状记忆合金的等效截面积和单根形状记忆合金(4)的横截面积确定形状记忆合金的数量；
根据形状记忆合金的数量以及木柱(1)和木梁(2)的梁柱榫卯节点嵌入段(3)的形状尺寸标记各个形状记忆合金位置，其中，形状记忆合金位置的标记点分布在木梁(2)的端面上，且形状记忆合金位置的标记点沿木梁(2)长度方向的延长线平行穿过梁柱榫卯节点嵌入段(3)，形状记忆合金位置的标记点在梁柱榫卯节点嵌入段(3)的横截面上的投影呈中心对称式分布；
多个形状记忆合金间的最远间距为
Figure FDA0003015348120000015
其中，当梁柱榫卯节点嵌入段(3)的横截面为矩形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段(3)的宽度或高度；当梁柱榫卯节点嵌入段(3)的横截面为圆形时，h'为梁柱榫卯节点嵌入段(3)的直径；
步骤四、根据形状记忆合金位置打孔；在待加固木结构腐朽榫卯端采用电锤或钻孔机打孔，孔的直径为d+4mm，孔的深度为La+30d，其中，d为形状记忆合金(4)的直径，La为木结构腐朽榫卯区域长度；
步骤五、清孔：用不掉毛的毛刷伸至孔底，来回反复抽动，掏出孔中的木屑、灰尘、碎渣杂质，用压缩空气吹出孔内浮尘，再用脱脂棉沾丙酮或酒精擦洗孔内壁；
步骤六、孔内注胶：采用手动注射器，将注胶嘴伸入孔底，由内及外注胶，排出孔内空气，孔内注胶体积不小于孔的体积和形状记忆合金(4)的体积之差；
步骤七、向注胶后的孔内植入形状记忆合金：利用钢丝刷反复刷形状记忆合金(4)，清除形状记忆合金(4)上的锈污，再用酒精或丙酮清洗形状记忆合金(4)；然后把经除锈处理过的形状记忆合金(4)放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底；
步骤八、固化养护：形状记忆合金单向旋入孔底后，保证受加固木结构腐朽榫卯区域不产生振动，直至胶固化，完成木结构腐朽榫卯节点加固。
2.按照权利要求1所述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤一中，采用木材应力波测定仪测定敲击或微钻阻力仪获取的木结构腐朽榫卯区域的应力波分布，进而确定木结构腐朽榫卯区域长度。
3.按照权利要求1所述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤三中，根据形状记忆合金的数量以及木柱(1)和木梁(2)的梁柱榫卯节点嵌入段(3)的形状尺寸，采用墨线弹线定位标记各个形状记忆合金位置。
4.按照权利要求1所述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤六和步骤七在执行过程中，当孔内注胶体积小于孔的体积和形状记忆合金(4)的体积之差时，抽出形状记忆合金(4)，并将形状记忆合金(4)擦洗干净，再向孔内补胶，然后将经处理过的形状记忆合金(4)放至孔口，单向旋入孔内，直至形状记忆合金单向旋入孔底。
5.按照权利要求1所述的一种木结构腐朽榫卯节点的加固方法，其特征在于：步骤七中，形状记忆合金(4)旋入孔底的过程中不可逆向反转。
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