CN205077890U - 嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，该榫卯节点包括木柱，及通过榫卯节点与木柱连接的木梁枋构成的木构架，所述榫卯节点通过两条平行包覆于木柱外周并与木梁枋相连的上、下叠层碳纤维布加固，所述上、下叠层碳纤维布的上下边缘分别与木梁枋的上下表面平行，所述上、下叠层碳纤维布的端部分别设有通过上、下形状记忆合金丝连接的上、下锚固金属件，上、下锚固金属件通过木螺丝嵌入木梁枋中固定。该榫卯节点将马氏体形状记忆合金(SMA)丝埋置于叠层碳纤维布中，在提高榫卯节点抗弯承载力及刚度的同时，大幅度提高节点的耗能能力，进而提高碳纤维布加固榫卯节点的加固效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种嵌入形状记忆合金SMA的叠层碳纤维CFRP布加固的古建筑木结构榫卯节点，属于古建筑木结构加固修缮领域。适合传统木结构古建筑榫卯节点加固修缮需求。
背景技术
古建筑木结构中受力构件均采用榫卯连接，该节点具有显著的半刚性特性，属于典型的柔性连接，其抗弯承载能力及刚度均较低，且在干湿交替环境及外力作用下容易发生松动变形，产生无法自动恢复的残余变位，影响结构受力性能，潜伏较大的安全隐患。因此，在古建筑木结构修缮加固工程中，榫卯节点往往是重点加固部位。
常见的榫卯节点加固方式主要有钢材加固(采用角钢、钢板、钢筋、铁扒钉等作为加固材料)、碳纤维(CFRP)布加固。其中，钢材加固方法虽然可以提高榫卯节点的抗弯及抗剪承载力，改善其耗能性能，却大幅度提高了节点的抗弯刚度，使节点变得“超刚”，彻底改变了古建筑木结构的基本受力特点及结构特性，使榫卯连接结构不再属于柔性结构，在遭遇地震作用时结构自身的地震反应会大幅度提高，对抗震不利；此外，角钢、钢板、钢筋、铁扒钉等材料在结构服役期间易发生锈蚀，降低了加固安全储备并影响建筑美观。碳纤维布抗拉强度大约是钢筋的10倍，重量仅为钢的1/5，具有重量轻、高弹性、高强度、高耐久性等特性。因此，采用碳纤维布加固榫卯节点，不但可以明显提高榫卯节点的抗弯承载力，并且通过合理的配置可以使榫卯节点获得合适的抗弯刚度。然而，单纯采用碳纤维布进行加固具有明显的缺陷，即碳纤维布为零阻尼材料，加固后仅能增强节点的强度和刚度，而不能提高其阻尼耗能能力，在应对地震作用时不能起到耗能减震的作用。
实用新型内容
针对以上背景技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种嵌入形状记忆合金(SMA)的叠层CFRP布加固的古建筑木结构榫卯节点，解决现有方式加固榫卯节点中存在的阻尼耗能能力差的问题。该榫卯节点将马氏体形状记忆合金(SMA)丝埋置于叠层碳纤维布中，在提高榫卯节点抗弯承载力及刚度的同时，大幅度提高节点的耗能能力，进而提高碳纤维布加固榫卯节点的加固效果。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。
作为本实用新型的一种实施方式，嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，该榫卯节点包括木柱，及通过榫卯节点与木柱连接的木梁枋构成的木构架，所述榫卯节点通过两条平行包覆于木柱外周并与木梁枋相连的上、下叠层碳纤维布加固，所述上、下叠层碳纤维布的上下边缘分别与木梁枋的上下表面平行，所述上、下叠层碳纤维布的端部分别设有通过上、下形状记忆合金丝连接的上、下锚固金属件，上、下锚固金属件通过木螺丝嵌入木梁枋中固定。
优选地，所述上、下叠层碳纤维布通过环氧树脂胶粘剂与木梁枋侧表面及木柱周壁固定连接。
优选地，所述上、下叠层碳纤维布的上下边缘分别与木梁枋的上下边缘的距离为10mm；所述上、下叠层碳纤维布的高度为50～70mm。
优选地，所述上、下锚固金属件分别由L形薄钢板制作，L形薄钢板的面板上均布有木螺丝连接圆形孔，L形薄钢板的侧板上均布有形状记忆合金丝连接圆形孔。
优选地，木螺丝贯穿在所述木螺丝连接圆形孔中与木梁枋固定连接；木螺丝贯穿在所述木螺丝连接圆形孔中距离上、下叠层碳纤维布的端部为10mm。
优选地，所述上、下形状记忆合金丝由若干根平行分布的合金丝构成，合金丝中间部分分别贯穿在所述形状记忆合金丝连接圆形孔中，合金丝两端部分分别环绕在木螺丝上。
优选地，所述合金丝的外径为1～4mm。
优选地，所述上、下形状记忆合金丝通过环氧树脂胶粘剂嵌入上、下叠层碳纤维布中。
优选地，所述木螺丝的最大外径为5～8mm。
优选地，与所述木梁枋的上下表面平行的上、下叠层碳纤维布平行段的长度为400～700mm。
与现有技术相比，本实用新型采用智能材料形状记忆合金嵌入叠层碳纤维布加固古建筑木结构榫卯节点。形状记忆合金中具有高温相奥氏体相和低温相马氏体相，其中，马氏体形状记忆合金是一种高阻尼材料。所谓高阻尼，是指形状记忆合金材料的耗散因子可达10-1数量级，而普通金属，如钢和铝的耗散因子大约只有0.005左右。因此，将常温马氏体形状记忆合金丝嵌入叠层碳纤维布，可大幅度增强碳纤维布的阻尼性能。施加在结构上的嵌入形状记忆合金的叠层碳纤维布可以充分发挥碳纤维布的抗拉性能及形状记忆合金的高阻尼性能，在提高榫卯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能量，可以有效地减小结构本身的地震反应。该方法施工方便，加固效果显著，具有良好的社会及经济效益。
附图说明
图1是本实用新型的侧视图；
图2是本实用新型的俯视图。
图3(a)是本实用新型中锚固金属件的俯视图；图3(b)是本实用新型中锚固金属件的主视图，图3(c)是本实用新型中锚固金属件的侧视图；
图4是本实用新型中形状记忆合金丝与锚固金属件的连接方式示意图；
图5是本实用新型中嵌入形状记忆合金丝的叠层碳纤维布的横截面图。
图中的附图标记分别表示：1、木柱；2、木梁枋；3榫卯节点；4、上叠层碳纤维布；5、下叠层碳纤维布；6、上形状记忆合金丝；7、下形状记忆合金丝；8、上锚固金属件；9、下锚固金属件；10、木螺丝；11、木螺丝连接圆形孔；12、形状记忆合金丝连接圆形孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对本实用新型做任何限制的依据。
图1给出了一种嵌入形状记忆合金的叠层碳纤维布加固的古建筑木结构榫卯节点的侧视图，图2给出了一种嵌入形状记忆合金的叠层叠层碳纤维布加固的古建筑木结构榫卯节点的俯视图，如图1和图2所示，该榫卯节点包括木柱1，及通过榫卯节点3与木柱1连接的木梁枋2构成的木构架，榫卯节点3通过两条平行包覆于木柱1外周并与木梁枋2相连的上叠层碳纤维布4和下叠层碳纤维布5加固，上叠层碳纤维布4和下叠层碳纤维布5的上下边缘分别与木梁枋2的上下表面平行，上叠层碳纤维布4和下叠层碳纤维布5的端部分别设有通过上形状记忆合金丝6和下形状记忆合金丝7连接的上锚固金属件8和下锚固金属件9，上锚固金属件8和下锚固金属件9通过木螺丝10嵌入木梁枋2中固定。
其中，嵌入上形状记忆合金丝6的上叠层碳纤维布4、嵌入下形状记忆合金丝7的上叠层碳纤维布5通过木螺丝10穿入上锚固金属件8和下锚固金属件9并嵌入木梁枋2中进行加固，上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5通过环氧树脂胶粘剂与木梁枋2侧表面及木柱1周壁固定连接。上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5的上下边缘与木梁枋2的上下表面的距离为10mm，上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5距离木梁枋2端部距离(即图2所示上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5平直段长度)为400～700mm，上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5高度为50～70mm。上锚固金属件8、下锚固金属件9采用木螺丝10分别固定在上叠层碳纤维布4、下叠层碳纤维布5的端部10mm处。
如图3(包括图3a、图3b和图3c)所示，采用薄钢板制作成L形锚固金属件，板厚取3mm，高度与上、下叠层碳纤维布宽度相同，长肢宽度为50mm，短肢宽度为10mm。在上锚固金属件8和下锚固金属件9长肢部分开设木螺丝连接圆形孔11，圆形孔数量根据设计确定，孔径尺寸比木螺丝10最大外径大2mm，以便于安装。木螺丝10贯穿在木螺丝连接圆形孔11中与木梁枋2固定连接，木螺丝10的最大外径为5～8mm。在上锚固金属件8和下锚固金属件9短肢部分开设形状记忆合金丝连接圆形孔12，圆形孔数量根据设计确定，孔径尺寸比上形状记忆合金丝6和下形状记忆合金丝7直径大1mm。
图4为形状记忆合金丝与锚固金属件的连接方式示意图，上、下形状记忆合金丝由若干根平行分布的合金丝构成，分别将一根上形状记忆合金丝6、下形状记忆合金丝7分别穿过上锚固金属件8和下锚固金属件9中的形状记忆合金丝连接圆形孔12，迂回缠绕包覆木柱1及木梁2呈S状布置，并将上形状记忆合金丝6、下形状记忆合金丝7的起始端及终止端设置圆形弯钩，置于上锚固金属件8和下锚固金属件9长肢部分的上下木螺丝连接圆形孔11上方，弯钩的直径同上下木螺丝连接圆形孔11直径，最后用木螺丝10穿过圆形弯钩及上下木螺丝连接圆形孔11，将两端分别固定在上锚固金属件8和下锚固金属件9上。合金丝的外径为1～4mm。
如图5所示，采用环氧树脂胶粘剂分别将上形状记忆合金丝6、下形状记忆合金丝7嵌入上叠层碳纤维布4和下叠层碳纤维布5中，再将其通过环氧树脂胶粘剂与木梁枋侧表面及木柱侧面固定连接。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，该榫卯节点包括木柱(1)，及通过榫卯节点(3)与木柱(1)连接的木梁枋(2)构成的木构架，其特征在于：所述榫卯节点(3)通过两条平行包覆于木柱(1)外周并与木梁枋(2)相连的上、下叠层碳纤维布(4、5)加固，所述上、下叠层碳纤维布(4、5)的上下边缘分别与木梁枋(2)的上下表面平行，所述上、下叠层碳纤维布(4、5)的端部分别设有通过上、下形状记忆合金丝(6、7)连接的上、下锚固金属件(8、9)，上、下锚固金属件(8、9)通过木螺丝(10)嵌入木梁枋(2)中固定。
2.根据权利要求1所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述上、下叠层碳纤维布(4、5)通过环氧树脂胶粘剂与木梁枋(2)侧表面及木柱(1)周壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述上、下叠层碳纤维布(4、5)的上下边缘分别与木梁枋(2)的上下边缘的距离为10mm；所述上、下叠层碳纤维布(4、5)的高度为50～70mm。
4.根据权利要求1所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述上、下锚固金属件(8、9)分别由L形薄钢板制作，L形薄钢板的面板上均布有木螺丝连接圆形孔(11)，L形薄钢板的侧板上均布有形状记忆合金丝连接圆形孔(12)。
5.根据权利要求4所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：木螺丝(10)贯穿在所述木螺丝连接圆形孔(11)中与木梁枋(2)固定连接；木螺丝(10)贯穿在所述木螺丝连接圆形孔(11)中距离上、下叠层碳纤维布(4、5)的端部为10mm。
6.根据权利要求4所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述上、下形状记忆合金丝(6、7)由若干根平行分布的合金丝构成，合金丝中间部分分别贯穿在所述形状记忆合金丝连接圆形孔(12)中，合金丝两端部分分别环绕在木螺丝(10)上。
7.根据权利要求6所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述合金丝的外径为1～4mm。
8.根据权利要求6所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述上、下形状记忆合金丝(6、7)通过环氧树脂胶粘剂嵌入上、下叠层碳纤维布(4、5)中。
9.根据权利要求1所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：所述木螺丝(10)的最大外径为5～8mm。
10.根据权利要求1所述的嵌入形状记忆合金叠层碳纤维布加固的古建筑木榫卯节点，其特征在于：与所述木梁枋(2)的上下表面平行的上、下叠层碳纤维布(4、5)平行段的长度为400～700mm。
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