CN207453512U - 一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有变刚度自复位阻尼器；变刚度自复位阻尼器通过设有形状记忆合金弹簧的一端连接到木柱上，另一端通过连动系杆连接到木梁。该结构解决了现有榫卯节点加固方式通过提升刚度限制位移而使榫卯节点丧失半刚性优势，耗能能力下降的问题。小震时，榫卯节点将充分耗能，对已产生的小变形进行自复位修复；大震时，在木结构建筑稳定性达到临界值时，提高榫卯节点的刚度值，从而避免结构的倒塌。

Description

一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点

技术领域

本实用新型涉及一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，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

木结构建筑是中国特色古建筑中一颗耀眼的明珠，其艺术历史价值不可估量，且木结构古建筑分布广泛，因而加固修缮古建筑遗产具有着重要意义。榫卯节点作为木结构连接的主要方式，其力学性能具有半刚性特点，在抗弯抗剪和抗震性能上表现突出。但是，榫卯节点在使用过程中也会存在诸多问题，当榫卯节点发生了松动、倾斜或者拔榫时，其节点刚度急剧下降，在刚度值超过临界条件下，梁柱将失稳，进一步将发生木结构建筑的倒塌。

传统的木结构榫卯节点加固方式主要有U型铁箍加固、扒钉、CFRP布(碳纤维增强塑料布)等，这些加固方式使榫卯节点的刚度大幅增加，虽然限制了梁柱的位移，但榫卯节点原来的半刚性优势得不到发挥，其耗能能力有所下降。

实用新型内容

针对以上背景和加固方式存在的问题缺陷，本实用新型的目的在于提供一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，该结构解决了现有榫卯节点加固方式通过提升刚度限制位移而使榫卯节点丧失半刚性优势，耗能能力下降的问题。小震时，榫卯节点将充分耗能，对已产生的小变形进行自复位修复，避免出现倾斜、松动、拔榫等问题；大震时，在木结构建筑稳定性达到临界值时，榫卯节点的刚度值将突然提高，从而避免结构的倒塌。

达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型提供的一个实施例，本实用新型提供了一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有变刚度自复位阻尼器；变刚度自复位阻尼器通过设有形状记忆合金弹簧的一端连接到木柱的柱上基座上，变刚度自复位阻尼器另一端通过连动系杆连接到木梁上。

作为优选，所述变刚度自复位阻尼器包括通过钢柱绞接在柱上基座上的牛角板，铰接在钢柱上的牛角板的内弧段两端通过形状记忆合金弹簧连接到柱上基座的两端，柱上基座通过钢箍与木柱相连；与牛角板尖角端相对的宽板端通过连动系杆铰接到梁上基座，通过梁上基座连接到木梁的底壁。

作为优选，所述柱上基座包括一块与木柱相贴合的底板，在底板上套有两个上下分布的钢箍，钢箍套在木柱上与其固连。

作为优选，所述底板的一个端面上水平延伸有一对支撑臂，一对支撑臂端部设有一铰接牛角板的钢柱，一对支撑臂的上方设有两个不同高度的限位柱。

作为优选，所述牛角板中部设有圆柱形凹槽状的耗能室，凹槽底壁开有贯穿穿钢柱的预留铰接孔b，在耗能室圆柱形凹槽侧壁中均布有阻片，耗能室内填充满粘弹性材料；在凹槽状的耗能室上加盖有螺纹盖。

进一步，所述耗能室的一侧设有两个用于贯穿限位柱的环形槽道，在牛角板尖角端相对的宽板端的板面上设有预留铰接孔a。

作为优选，所述连动系杆通过绞轴铰接在梁上基座上，梁上基座通过木螺丝固定于木梁上。

与现有技术相比，本实用新型采用变刚度自复位阻尼器加固古建筑榫卯节点，小震时，榫卯节点耗能能力显著提升，充分发挥其半刚性连接方式的优点。基于形状记忆合金丝的超弹性效应和形状记忆效应，形状记忆合金弹簧又能通过张拉应力实现残余变形的自动回位；大震时，在结构倒塌或节点破坏之前刚度突然提升，从而避免木结构体的倒塌和破坏。在耗能方式上，本实用新型采用粘滞耗能和弹簧弹性耗能相结合的方式，粘弹性材料可根据耗能需求选择更换，耗能效果相比现有加固方式更加显著。该方法施工方便，加固效果良好，具有良好的社会经济效益。

附图说明

图1是本实用新型的安装后示意图；

图2是本实用新型构造形式示意图；

图3是本实用新型局部构件(钢箍和柱上基座)示意图；

图4是本实用新型牛角板详细示意图；

图5是本实用新型螺纹盖示意图；

图6是本实用新型连动系杆与梁上基座连接示意图。

图中的附图标记分别表示：1、木柱；2、木梁；3、螺纹盖；4、梁上基座； 5、木螺丝；6、连动系杆；7、形状记忆合金弹簧；8、环形槽道；9、钢箍；10、牛角板；11、柱上基座；12、限位柱；13、钢柱；14、预留铰接孔a；15、阻片；16、预留铰接孔b；17、耗能室。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1结合图2所示，本变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，包括木柱1，及通过榫卯节点连接木柱1与木梁2构成的木构架，在木构架的木柱1与木梁2垂直相交的内侧壁上连接有变刚度自复位阻尼器。变刚度自复位阻尼器通过设有形状记忆合金弹簧7的一端连接到木柱1的柱上基座 11上，变刚度自复位阻尼器另一端通过连动系杆6连接到木梁2上。

如图2所示，变刚度自复位阻尼器包括柱上基座11和绞接在柱上基座11 上的牛角板10，铰接在钢柱13上的牛角板10的内弧段两端通过形状记忆合金弹簧7连接到柱上基座11的两端，即两根形状记忆合金弹簧7通过焊接方式，一端连接在牛角板10上，一端连接在柱上基座11上。柱上基座11通过钢箍9 与木柱1相连。与牛角板10尖角端相对的宽板端通过连动系杆6铰接到梁上基座4，通过梁上基座4连接到木梁2的底壁。

如图3所示，柱上基座11包括一块与木柱1相贴合的底板，在底板上套有两个上下分布的钢箍9，钢箍9套在木柱1上与其固连。底板的一个端面上水平延伸有一对支撑臂，一对支撑臂端部设有一铰接牛角板10的钢柱13，钢柱13与柱上基座11之间用螺纹刚接，避免其转动影响粘滞阻尼效果。一对支撑臂的上方设有两个不同高度的限位柱12。

如图4所示，牛角板10中部设有圆柱形凹槽状的耗能室17，凹槽底壁开孔，为用于贯穿钢柱13的预留铰接孔b16，在耗能室17圆柱形凹槽侧壁中均布有阻片15，阻片15焊接于牛角板10上，耗能室17内填充满粘弹性材料。在凹槽状的耗能室17上加盖有螺纹盖3，螺纹盖3中部开孔，见图5所示。耗能室17的一侧设有两个用于贯穿限位柱12的环形槽道8，在牛角板10尖角端相对的宽板端的板面上设有预留铰接孔a14。预留铰接孔a14与牛角板上圆心之间的连线与系杆夹角成45度为宜。

如图6所示，为连动系杆与梁上基座连接示意图，连动系杆6通过绞轴铰接在梁上基座4上，梁上基座4上设有贯穿木螺丝5的穿孔，梁上基座4通过木螺丝5固定于木梁2上。

该加固方式通过设置梁上基座与连动系杆相连，柱上基座通过钢箍与木柱相固定，牛角板与柱上基座通过钢柱铰接，系杆发生转动时带动牛角板转动，牛角板内设置的阻片在耗能室内搅动提前充入的粘弹性材料开始耗能，此时两端形状记忆合金弹簧分别受拉，迫使变刚度自复位阻尼器自动复位。形状记忆合金弹簧选取劲度系数较大为宜，应根据梁上荷载情况作出调整。在牛角板转动幅度过大时，其预设的环形槽道被限位柱阻碍，榫卯节点刚度突然提升，从而防止木结构的倒塌。

本结构中，耗能室内的粘弹性材料其粘稠度应该合理控制，可选用沥青、乳胶等材料。连动系杆6的长度取10～20cm，预留铰接孔a14与牛角板旋转圆心距离5～8cm。

在梁柱发生变形时，连动系杆6带动牛角板10转动，环形槽道8位于牛角板10上，随牛角板10一块转动；在小震情况下，变形幅度较小，限位柱12 不会与环形槽道8相撞。此时，耗能室17内的阻片15会搅动粘弹性材料耗能，形状记忆合金弹簧7张拉耗能，且使牛角板10已产生的转动变形自动回位。大震时，梁柱变形程度较大，耗能室和榫卯节点自身的耗能已不能抵御强大的地震能量，榫卯节点发生松动、拔榫使节点刚度下降，在木结构即将由于刚度不足而倒塌或发生节点破坏时，限位柱12与环形槽道8碰撞，榫卯节点刚度瞬间提升，从而避免木结构的倒塌或节点的破坏。

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 (7)

1.一种变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，包括木柱(1)，及通过榫卯节点连接木柱(1)与木梁(2)构成的木构架，其特征在于：在木构架的木柱(1)与木梁(2)垂直相交的内侧壁上连接有变刚度自复位阻尼器；变刚度自复位阻尼器通过设有形状记忆合金弹簧(7)的一端连接到木柱(1)的柱上基座(11)上，变刚度自复位阻尼器另一端通过连动系杆(6)连接到木梁(2)上。

2.根据权利要求1所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述变刚度自复位阻尼器包括通过钢柱(13)绞接在柱上基座(11)上的牛角板(10)，铰接在钢柱(13)上的牛角板(10)的内弧段两端通过形状记忆合金弹簧(7)连接到柱上基座(11)的两端，柱上基座(11)通过钢箍(9)与木柱(1)相连；与牛角板(10)尖角端相对的宽板端通过连动系杆(6)铰接到梁上基座(4)，通过梁上基座(4)连接到木梁(2)的底壁。

3.根据权利要求1所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述柱上基座(11)包括一块与木柱(1)相贴合的底板，在底板上套有两个上下分布的钢箍(9)，钢箍(9)套在木柱(1)上与其固连。

4.根据权利要求3所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述底板的一个端面上水平延伸有一对支撑臂，一对支撑臂端部设有一铰接牛角板(10)的钢柱(13)，一对支撑臂的上方设有两个不同高度的限位柱(12)。

5.根据权利要求4所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述牛角板(10)中部设有圆柱形凹槽状的耗能室(17)，凹槽底壁开有贯穿钢柱(13)的预留铰接孔b(16)，在耗能室(17)圆柱形凹槽侧壁中均布有阻片(15)，耗能室(17)内填充满粘弹性材料；在凹槽状的耗能室(17)上加盖有螺纹盖(3)。

6.根据权利要求5所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述耗能室(17)的一侧设有两个用于贯穿限位柱(12)的环形槽道(8)，在牛角板(10)尖角端相对的宽板端的板面上设有预留铰接孔a(14)。

7.根据权利要求1所述的变刚度自复位阻尼器加固的古建筑大木构架榫卯节点，其特征在于：所述连动系杆(6)通过绞轴铰接在梁上基座(4)上，梁上基座(4)通过木螺丝(5)固定于木梁(2)上。