CN114809691A - 一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木质建筑修复技术领域中一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法，加固装置包括FRP筋，所述FRP筋两端均设有磁流变塑性体弹簧，磁流变塑性体弹簧外侧设有一层六边形体铁皮包裹，六边形体铁皮的内部填充磁流变液，高强螺栓穿过六边形体铁皮与小圆木和FRP筋与六边形体铁皮固定连接，六边形体铁皮两侧均贴有一层薄记忆合金隔膜，薄记忆合金隔膜的外层贴合四边形体铁制小容器，四边形体铁制小容器内部填充磁流变液体，四边形体铁制小容器与外侧的套筒相连，套筒再与梁柱相连。本发明加固装置在提高梁柱节点抗弯承载力及刚度的同时，能够通过阻尼耗能作用耗散地震或风振能量，保持榫卯原有的半刚性特性。

Description

一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法
技术领域
本发明涉及一种木质建筑修复技术领域，具体是一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法。
背景技术
中国古建筑是以木结构为主，而其中许多建筑梁柱节点位置都带有雀替，雀替主要起装饰作用。目前国内对于梁柱节点的加固方式主要是使用普通钢材进行加固，如直接在梁柱节点处增设型钢，或者在梁柱节点外包钢板进行加固。这些加固方式很明显对于古建筑木结构不友好，木建筑的整体结构特性属于偏柔性，直接加固型钢或外包钢板会让整体木结构不再属于半刚性的结构，提高了节点的抗弯刚度的同时也让节点变成了“超刚”。这种加固方式对于结构的整体抗震性能的提高并不大，甚至会降低整体结构的抗震能力。另外，单纯的型钢或钢板加固在经过一段时间之后，型钢有可能会发生锈蚀，这反而会大幅度的影响整体结构的承载能力，并且影响整体的建筑美观性。为此我们提出一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隐蔽式木梁柱节点加固装置及其加固方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种隐蔽式木梁柱节点加固装置，加固装置包括FRP筋，所述FRP筋两端均设有预留开孔，小圆木插入FRP筋两端的预留孔中，FRP筋两端均设有磁流变塑性体弹簧，磁流变塑性体弹簧固定在小圆木上，磁流变塑性体弹簧外侧设有一层六边形体铁皮包裹，磁流变塑性体弹簧一端钩住六边形体铁皮的顶端，在六边形体铁皮的内部填充磁流变液，高强螺栓穿过六边形体铁皮与小圆木和FRP筋与六边形体铁皮固定连接，六边形体铁皮两侧均贴有一层薄记忆合金隔膜，薄记忆合金隔膜的外层贴合四边形体铁制小容器，四边形体铁制小容器内部填充磁流变液体，四边形体铁制小容器与外侧的套筒相连，套筒再与梁柱相连，两块对称的木质雀替相互拼合并将高强螺栓、磁流变塑性体弹簧、FRP筋、薄记忆合金隔膜、六边形体铁皮、套筒、四边形体铁制小容器包裹其中。
优选地，所述FRP筋的长度为木质雀替长度的0.8倍。
优选地，所述薄记忆合金隔膜用环氧树脂胶粘剂粘结在六边形体铁皮的上部表面，四边形体铁制小容器同样用环氧树脂胶粘剂与薄记忆合金隔膜连接，薄记忆合金隔膜与六边形体铁皮的上表面六边形形状大小相等。
优选地，所述四边形体铁制小容器的尺寸比六边形体铁皮的尺寸大，四边形体铁制小容器的内部设有挖孔。
优选地，所述四边形体铁制小容器与套筒连接的一侧，设有第一榫头，四边形体铁制小容器粘贴薄记忆合金隔膜的一侧宽度比六边形体铁皮的顶面宽度宽。
优选地，所述套筒为长方体形状，宽度比第一榫头的长度宽，套筒与四边形体铁制小容器相连接的部分设有与四边形体铁制小容器宽度深度相等的第一卯头，套筒与梁柱连接的一侧设有第二榫头，梁柱中切出相同宽度与深度的第二卯头。
优选地，所述木质雀替的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质雀替底板高为木构架净面阔的1/8，木质雀替的厚为0.3倍木柱直径，木质雀替的总厚度小于或等于木梁的宽度。
一种隐蔽式木梁柱节点加固装置的加固方法，所述加固方法包括以下步骤：
步骤一：选择一个直径为5mm的FRP筋，FRP筋与木质雀替的斜边大致平行；
步骤二：FRP筋的两个端头插入两个圆木，用来固定磁流变塑性体弹簧，圆木一部分露出，一部分插入FRP筋中；
步骤三：将磁流变塑性体弹簧绕在圆木上固定，在磁流变塑性体弹簧外侧加一层六边形体铁皮，磁流变塑性体弹簧另一头拉住六边形体铁皮的六边形面；
步骤四：高强螺栓穿过圆木、FRP筋、六边形体铁皮固定，六边形体铁皮内部填充磁流变液体；
步骤五：在六边形体铁皮外侧用环氧树脂胶粘剂粘贴薄记忆合金隔膜；
步骤六：在薄记忆合金隔膜外侧，用环氧树脂胶粘剂粘贴四边形体铁制小容器，四边形体铁制小容器的另一侧切出榫口，四边形体铁制小容器中填充磁流变液；
步骤七：套筒切出卯口，与四边形体铁制小容器的榫口相连接，套筒另一侧切出榫口，与事先留在梁与柱上的卯口相连接，整个装置连接完毕。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明加固装置在提高梁柱节点抗弯承载力及刚度的同时，能够通过阻尼耗能作用耗散地震或风振能量，整个结构中变形较小的时候不起太大作用，保持榫卯原有的半刚性特性；
2.本发明所述加固方法是隐蔽式的，可以对带雀替的古建筑木结构梁柱节点的历史风貌起到原真性加固修复的功效；
3.本发明加固装置用到了磁流变塑性体材料以及磁流变液，磁流变塑性体自愈性较好,在外力作用下仍能保持形态，因此在减震方面磁流变塑性体能大大加强雀替的受力能力与抗震能力，磁流变液的填充也能为整个古建筑木结构起到一定的耗能作用；
4.本发明加固装置FRP筋的使用能够在带雀替的梁柱节点受弯或者转动时，起到一定的结构作用，同时FRP筋为高强耐久性材料，不仅具有优越的耐久性，而且在受拉时，可以发挥其较高的抗拉性能，在受压时，也可以依托两侧的雀替夹板发挥其较高的抗压性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明加固装置内部结构示意图；
图2是本发明中套筒结构示意图；
图3是本发明中套筒结构示意图；
图4是本发明中四边形体铁制小容器结构示意图；
图5是本发明中四边形体铁制小容器结构示意图；
图6是本发明加固装置结构示意图。
图中：1、高强螺栓；2、磁流变塑性体弹簧；3、FRP筋；4、薄记忆合金隔膜；5、六边形体铁皮；6、套筒；601、第一卯头；602、第二榫头；7、四边形体铁制小容器；701、第一榫头；8、木质雀替。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图6所示，一种隐蔽式木梁柱节点加固装置，加固装置包括FRP筋3，FRP筋3两端均设有预留开孔，小圆木插入FRP筋3两端的预留孔中，FRP筋3两端均设有磁流变塑性体弹簧2，磁流变塑性体弹簧2固定在小圆木上，磁流变塑性体弹簧2外侧设有一层六边形体铁皮5包裹防止脱落，磁流变塑性体弹簧2一端钩住六边形体铁皮5的顶端以施加预应力，在六边形体铁皮5的内部填充一些磁流变液，高强螺栓1穿过六边形体铁皮5与小圆木和FRP筋3，以将六边形体铁皮5固定，六边形体铁皮5两侧的铁皮外部，需要贴一层薄记忆合金隔膜4，薄记忆合金隔膜4的外层贴合着一个四边形体铁制小容器7，里面填充磁流变液体，容器与外侧的套筒6相连，套筒6再与梁柱相连。两块对称的木质雀替8相互拼合并将以上各构件包裹其中。
FRP筋3的长度大约为木质雀替8长度的0.8倍，大致与木质雀替8的斜边方向平行，长度约为200mm左右，小圆木伸出FRP筋3的长度约为30mm，六边形体铁皮5的高度约为50mm，薄记忆合金隔膜4作为该装置主要的耗能材料，为了在整个结构中变形较小的时候不起太大作用，薄记忆合金隔膜4用环氧树脂胶粘剂粘结在六边形体铁皮5的上部表面，薄记忆合金隔膜4的形状大小大致与六边形体铁皮5的上表面的六边形形状大小相等。高强螺栓1插入小圆木、FRP筋3与六边形体铁皮5固定。
四边形体铁制小容器7的尺寸比六边形体铁皮5的尺寸大约1.5～2倍左右，其中在四边形体铁制小容器7的中间，挖出大约1/3～1/2的体积，里面需要填充磁流变液以使得结构有比较好的承载能力。
四边形体铁制小容器7与套筒6连接的一侧，切出深度大约5mm的第一榫头701，第一榫头701的宽度大约5～6mm。
四边形体铁制小容器7与薄记忆合金隔膜4的连接需要用到环氧树脂胶粘剂。
四边形体铁制小容器7粘贴薄记忆合金隔膜4的一侧宽度比六边形体铁皮5的顶面宽度宽大约3～5mm，临近木质雀替8斜边的边长大约40mm。
套筒6作为与梁和柱主要的连接装置，为长方体形状，长度大约25～35mm左右，宽度比四边形体铁制小容器7的第一榫头701的长度宽2～4mm，与四边形体铁制小容器7相连接的部分切出与四边形体铁制小容器7宽度深度都相等的第一卯头601，套筒6与梁柱的连接需要通过榫卯结构，套筒6与梁柱连接的一侧切出大约10mm的第二榫头602，梁柱中切出相同宽度与深度的第二卯头，与套筒6相连接。
两块对称的木质雀替8的尺寸参照《营造法式》的雀替尺寸要求，木质雀替8的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质雀替8底板高为木构架净面阔的1/8，木质雀替8的厚为0.3倍木柱直径，木质雀替8的总厚度小于等于木梁的宽度。
所述高强螺栓1的公称直径为12mm。
一种基于磁流变塑性体的隐蔽式雀替加固方法，包括以下步骤：
1)选择一个直径约为5mm左右的FRP筋3，FRP筋3与木质雀替8的斜边大致平行；
2)FRP筋3的两个端头插入两个圆木，用来固定磁流变塑性体弹簧2，圆木一部分露出，一部分插入FRP筋3中；
3)将磁流变塑性体弹簧2绕在圆木上固定，在磁流变塑性体弹簧2外侧加一层六边形体铁皮5，磁流变塑性体弹簧2另一头拉住六边形体铁皮5的六边形面；
4)高强螺栓1穿过圆木、FRP筋3、六边形体铁皮5固定，六边形体铁皮5内部填充磁流变液体；
5)在六边形体铁皮5外侧用环氧树脂胶粘剂粘贴薄记忆合金隔膜4；
6)在薄记忆合金隔膜4外侧，用环氧树脂胶粘剂粘贴四边形体铁制小容器7，四边形体铁制小容器7的另一侧切出榫口，四边形体铁制小容器7中需要填充磁流变液；
7)套筒6切出卯口，与四边形体铁制小容器7的榫口相连接，套筒6另一侧切出榫口，与事先留在梁与柱上的卯口相连接，整个装置连接完毕。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种隐蔽式木梁柱节点加固装置，加固装置包括FRP筋(3)，其特征在于，所述FRP筋(3)两端均设有预留开孔，小圆木插入FRP筋(3)两端的预留孔中，FRP筋(3)两端均设有磁流变塑性体弹簧(2)，磁流变塑性体弹簧(2)固定在小圆木上，磁流变塑性体弹簧(2)外侧设有一层六边形体铁皮(5)包裹，磁流变塑性体弹簧(2)一端钩住六边形体铁皮(5)的顶端，六边形体铁皮(5)的内部填充磁流变液，高强螺栓(1)穿过六边形体铁皮(5)与小圆木和FRP筋(3)与六边形体铁皮(5)固定连接，六边形体铁皮(5)两侧均贴有一层薄记忆合金隔膜(4)，薄记忆合金隔膜(4)的外层贴合四边形体铁制小容器(7)，四边形体铁制小容器(7)内部填充磁流变液体，四边形体铁制小容器(7)与外侧的套筒(6)相连，套筒(6)再与梁柱相连，两块对称的木质雀替(8)相互拼合并将高强螺栓(1)、磁流变塑性体弹簧(2)、FRP筋(3)、薄记忆合金隔膜(4)、六边形体铁皮(5)、套筒(6)、四边形体铁制小容器(7)包裹其中。
2.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述FRP筋(3)的长度为木质雀替(8)长度的0.8倍。
3.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述薄记忆合金隔膜(4)用环氧树脂胶粘剂粘结在六边形体铁皮(5)的上部表面，四边形体铁制小容器(7)同样用环氧树脂胶粘剂与薄记忆合金隔膜(4)连接，薄记忆合金隔膜(4)与六边形体铁皮(5)的上表面六边形形状大小相等。
4.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述四边形体铁制小容器(7)的尺寸比六边形体铁皮(5)的尺寸大，四边形体铁制小容器(7)的内部设有挖孔。
5.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述四边形体铁制小容器(7)与套筒(6)连接的一侧，设有第一榫头(701)，四边形体铁制小容器(7)粘贴薄记忆合金隔膜(4)的一侧宽度比六边形体铁皮(5)的顶面宽度宽。
6.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述套筒(6)为长方体形状，宽度比第一榫头(701)的长度宽，套筒(6)与四边形体铁制小容器(7)相连接的部分设有与四边形体铁制小容器(7)宽度深度相等的第一卯头(601)，套筒(6)与梁柱连接的一侧设有第二榫头(602)，梁柱中切出相同宽度与深度的第二卯头。
7.根据权利要求1所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置,其特征在于，所述木质雀替(8)的叠合平放总长度为木构架净面阔的1/4，木质雀替(8)底板高为木构架净面阔的1/8，木质雀替(8)的厚为0.3倍木柱直径，木质雀替(8)的总厚度小于或等于木梁的宽度。
8.基于权利要求1至7任意一项所述的一种隐蔽式木梁柱节点加固装置的加固方法，其特征在于，所述加固方法包括以下步骤：
步骤一：选择一个直径为5mm的FRP筋(3)，FRP筋(3)与木质雀替(8)的斜边大致平行；
步骤二：FRP筋(3)的两个端头插入两个圆木，用来固定磁流变塑性体弹簧(2)，圆木一部分露出，一部分插入FRP筋(3)中；
步骤三：将磁流变塑性体弹簧(2)绕在圆木上固定，在磁流变塑性体弹簧(2)外侧加一层六边形体铁皮(5)，磁流变塑性体弹簧(2)另一头拉住六边形体铁皮(5)的六边形面；
步骤四：高强螺栓(1)穿过圆木、FRP筋(3)、六边形体铁皮(5)固定，六边形体铁皮(5)内部填充磁流变液体；
步骤五：在六边形体铁皮(5)外侧用环氧树脂胶粘剂粘贴薄记忆合金隔膜(4)；
步骤六：在薄记忆合金隔膜(4)外侧，用环氧树脂胶粘剂粘贴四边形体铁制小容器(7)，四边形体铁制小容器(7)的另一侧切出榫口，四边形体铁制小容器(7)中填充磁流变液；
步骤七：套筒(6)切出卯口，与四边形体铁制小容器(7)的榫口相连接，套筒(6)另一侧切出榫口，与事先留在梁与柱上的卯口相连接，整个装置连接完毕。
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