CN218149981U - 一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构,涉及古建筑加固技术领域，包括通过榫卯连接的木梁与木柱，木梁上粘贴固定有固定板，固定板上固定安装有安装座，且安装座上还安装有用于抱合在木柱上的抱合丝。本实用新型不仅能大幅提高节点的极限承载力、耗能能力以及在弹性阶段的刚度，且能提高节点在塑性阶段的延性，避免节点发生脆性破坏，有效限制节点的拔榫，避免其发生拔榫破坏。

Description

一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构

技术领域

本实用新型涉及古建筑加固技术领域，具体而言，涉及一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构。

背景技术

中国古建筑木结构主要由用于承托屋面的屋盖梁架、用于承重和抗侧的木构架、用于围护和隔断的墙体构成。木构架中大多数梁、柱通过燕尾榫连接结合在一起，与现代的钢结构、混凝土结构节点完全不同。燕尾榫节点连接方式是将连接处构件的截面削弱，梁端形成榫头，柱身做成卯口的样式，将梁端榫头插入柱身卯口中。燕尾榫节点主要依靠榫头和卯口之间相互挤压接触来传递力，接触面能传递压力和摩擦力，但不能传递拉力。

古建筑木结构由于建造年代久远和环境变化，古建木结构在长期的风雨侵蚀、地震、火灾和战争等自然和人为因素作用下出现了不同类型和程度的残损，如木材老化、构件腐朽、节点拔榫、柱脚糟朽等现象，导致结构的承载能力降低，并严重影响古建筑的安全性能和寿命。由木结构燕尾榫节点的特殊构造可知，构件截面较富余，安全冗余度较高，但节点处存在截面削弱，成为结构的薄弱环节，节点失效后，整体结构将容易变成机构而破坏。故对木结构燕尾榫节点在满足古建修缮加固原则的基础上，进行必要抗震补强加固，发挥节点协调与其连接的构件变形，尤为重要。

传统的古建筑木结构榫卯节点的加固方式有马口铁加固法、钢销加固法、扁钢加固法、FRP加固法等。马口铁加固法可限制并延缓拔榫的发生，节点的最终破坏形态为榫卯木材局部挤压及马口铁的拔出；钢销加固法的效应同马口铁类似，仅是起到限制拔榫的发生，而不能从根本上解决残损节点承载力低、刚度小等问题；扁钢加固法常需在木构件上打木螺丝来做锚固，当节点转动较大时，可能发生螺丝的锚固失效破坏，将会对木材造成损伤。FRP加固法具有轻质、高强、耐腐蚀、易裁剪、便于施工、节省人工等优点，但FRP加固法也存在不能大幅度提高节点承载力等缺陷。因此一种能大幅提高节点刚度和承载能力，并且能够有效限制榫头拔出，防止节点拔榫失效后整体结构变成机构而破坏的加固方法尤为重要。为满足古建筑“最小干预、可逆性、可识别性、不改变原结构的受力体系”的修缮加固原则，需对现有的加固方法进行适当改进，以使其适用于古建筑木结构燕尾榫节点加固。

申请号为200720032298.X的专利文献中公开了“一种扁钢加固的古建筑木结构大木构架的榫卯节点，包括木柱与木梁通过榫卯连接而成的大木构架、扁钢，所述大木构架的榫卯节点通过横向扁钢进行加固，所述扁钢的上下边缘与木梁的上下边缘平行，所述扁钢通过木螺丝固定在木梁上，所述扁钢与木柱之间不固定。”该技术通过扁钢将木柱和木梁连接起来，从而限制两者的相互转动，显著提高榫卯节点的抗弯能力；但在该技术中，当节点转动较大时，很容易发生木螺丝的锚固失效破坏，使得扁钢加固失去效用，并且对木材本身造成损伤。

申请号为200720032300.3的专利文献中公开了“一种碳纤维布加固的古建筑木结构大木构架的榫卯节点，木柱与木梁通过榫卯连接而成大木构架、碳纤维布，大木构架的榫卯节点通过粘贴在木柱和木梁上的横向碳纤维布进行加固，横向碳纤维布的上下边缘与木梁的上下边缘平行，横向碳纤维布通过垂直于木梁长度方向的碳纤维布环箍锚固在木梁上”。该技术中碳纤维布因采用有机胶粘结，易发生与木材之间的剥离，加固在碳纤维布达到极限抗拉强度前失去作用，且加固对榫卯节点承载力及刚度提高有限。

申请号为201520792899.5的专利文献中公开了“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，上下叠层碳纤维布的端部分别设有通过形状记忆合金连接的锚固金属件，金属件通过木螺丝嵌入木梁枋中固定。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同时，大幅提高节点耗能能力，进而提高加固榫卯节点的加固效果”。但该技术中锚固金属件通过木螺丝固定很不稳定，木螺丝受力拔出后会使得锚固金属件失去作用；且该技术不能限位，不能有效防止因榫卯节点的拔榫、折榫破坏导致木结构落架所带来的严重破坏后果。

上述这些方法应用于松动榫卯节点加固时，均具有一定的不足或技术缺乏针对性，无法保证在不对原有结构造成损伤的情况下与其进行有效连接，因此需结合木结构榫卯节点特点，进行适宜性技术改变。

实用新型内容

针对传统木结构榫卯节点加固的缺陷与不足，本实用新型提供了一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，不仅能大幅提高节点的极限承载力、耗能能力以及在弹性阶段的刚度，且能提高节点在塑性阶段的延性，避免节点发生脆性破坏，有效限制节点的拔榫，避免其发生拔榫破坏。

为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，包括通过榫卯连接的木梁与木柱，木梁上粘贴固定有固定板，固定板上固定安装有安装座，且安装座上还安装有用于抱合在木柱上的抱合丝。

进一步的，所述固定板为分别安装在木梁前后侧面上的CFRP竖板，安装座为分别安装在两个CFRP竖板上的竖型钢，抱合丝的两端分别固定在两个竖型钢上。

进一步的，所述竖型钢上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞，多个孔洞组沿竖型钢的高度方向间隔排布，且抱合丝为多个，多个抱合丝的端部与多个孔洞组一一对应，抱合丝的端部均具有两个分支，两个分支分别固定在同一孔洞组中的两个孔洞内。

进一步的，所述固定板还包括安装在木梁上表面或/和木梁下表面上的CFRP横板，安装座还包括安装在CFRP横板上的横型钢，抱合丝的两端均固定在横型钢上。

进一步的，所述型钢上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞，多个孔洞组沿横型钢的高度方向间隔排布，且抱合丝为多个，每个抱合丝的两端分别固定在同一孔洞组中的两个孔洞内。

进一步的，所述横型钢和竖型钢为L型型钢或T型型钢。

进一步的，所述CFRP竖板、CFRP横板、横型钢和竖型钢均通过环氧树脂胶粘贴固定。

进一步的，所述抱合丝为SMA丝。

进一步的，所述木柱的插接段上还缠绕固定有CFRP布。

本实用新型的有益效果是,

1、本实用新型通过固定板、安装座与抱合丝共同配合，不仅能大幅提高节点的极限承载力、耗能能力以及在弹性阶段的刚度，且能提高节点在塑性阶段的延性，避免节点发生脆性破坏，有效限制节点的拔榫，避免其发生拔榫破坏；同时，加工简单，组装方便，易于拆除，不伤害古建筑木结构本体，满足古建筑木结构加固修缮的最小干预原则、可逆性原则和可识别原则。

2、当节点转动较大时，抱合丝限位作用明显，并通过安装座对抱合丝固定，能有效限制节点的拔榫，避免拔榫带来的落架破坏。在强震作用下榫头反复拉拔，会出现拔榫现象，此过程可耗散地震能量，但如果拔榫量过大，会严重降低节点承载力甚至拉脱造成脱榫；而通过安装座和抱合丝的组合限位，保证节点进入弹塑性大变形阶段，不会发生脱榫破坏，使其继续稳定工作。

3、通过在木柱上缠绕固定CFRP布，CFRP布受益于SMA丝与木柱间的紧固挤压的附加锚固作用，粘结效果增强，避免了剥离破坏，提高了CFRP布的利用效率，使 CFRP布的材料强度充分发挥。

4、通过CFRP布、CFRP竖板、CFRP横板、横型钢、纵型钢、SMA丝的共同配合，大幅提高了节点在弹性工作阶段的刚度和承载力，使得节点易于满足“强节点弱构件”的抗震设防准则，同时对节点形成多道抗震防线。本实用新型通过自身变形耗能，提高节点耗能能力，从而保证了榫卯节点整体的耗能，在一定程度上避免了榫卯节点自身的严重破坏。

5、CFRP布、CFRP竖板、CFRP横板具有轻质高强、耐腐蚀、便于施工、等优点，可以有效的提高榫卯节点的刚度和承载力；横型钢、纵型钢与SMA丝组合具有抗拉强度高、变形性能好的优点，既能满足卯节点的抗弯承载力要求，又具有较好的延性和耗能能力。

6、本实用新型在地震作用下发生耗能破坏后，很容易更换，且装配及拆卸时不会造成木结构本体破坏。

附图说明

附图示出了本实用新型的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本实用新型的原理，其中包括了这些附图以提供对本实用新型的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本实用新型提供的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构的结构示意图；

图2是本实用新型提供的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构的的安装示意图；

图3是木梁的结构示意图；

图4是木柱的结构示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：

1、木柱，2、木梁，3、卯口，4、榫头，5、CFRP布，6、抱合丝，7、CFRP竖板，8、CFRP横板，9、竖型钢，10、横型钢，11、螺栓，12、孔洞，13、环氧树脂胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

如图1至图4所示，本实用新型提供的一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，包括木柱1与木梁2，木柱1上开设有卯口3，木梁2的一端具有与卯口3 对应的榫头4，将木梁2上的榫头4插设在木柱1上的榫口内，使木柱1与木梁2 实现榫卯连接。所述木梁2上安装有固定板，固定板粘贴贴合固定在木梁2上，即固定板在安装时不需要采用螺栓11等结构固定，使固定板的安装不会对木梁2造成破坏；同时，固定板上还安装有安装座，安装座直接固定在固定板上，使安装座与木梁2之间无直接连接关系，且安装座上还安装有抱合丝6，抱合丝6抱紧在木柱1 上，抱合丝6的两端固定在安装座上，通过安装座与抱合丝6的共同配合，使木梁 2与木柱1的榫卯连接处被锁紧，能有效限制节点的拔榫，避免拔榫带来的落架破坏。

在一些实施方式中，所述固定板为两个对称排布的CFRP竖板7，CFRP竖板7 即为竖向安装的CFRP板，CFRP板即为碳纤维复合板材，两个CFRP竖板7分别粘贴贴合固定在木梁2的前表面与木梁2的后表面，且两个CFRP竖板7的高度与木梁2 的高度相等，此时，安装座包括分别安装在两个CFRP竖板7上的竖型钢9，竖型钢 9即为轴线方向竖直延伸的型钢，抱合丝6抱合在木柱1上后，抱合丝6的两端分别固定在两个竖型钢9上。通过将抱合丝6的两端分别固定在两个竖型钢9上，使抱合丝6在对木梁2与木柱1的榫卯结构抱合锁紧固定的同时不会对木梁2自身的结构造成破坏，满足古建筑木结构加固修缮的最小干预原则、可逆性原则和可识别原则。

在一些实施方式中，所述竖型钢9上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞12，两个孔洞12沿竖型钢9的宽度方向间隔排布，而多个孔洞组则沿竖型钢9 的高度方向间隔排布；同时，抱合在木柱1上的抱合丝6为多个，多个抱合丝6的端部与多个孔洞组一一对应，即抱合丝6的数量与孔洞组的数量相等，且抱合丝6 的端部均具有两个分支，两个分支与抱合丝6为一体结构，两个分支分别采用螺栓 11固定在同一孔洞组中的两个孔洞12内，使抱合丝6在抱紧木柱1后，抱合丝6 的一端可采用两个固定点进行固定，使抱合丝6的端部安装更加稳固，且使抱合丝 6传递给竖型钢9上的作用力更加分散，有效避免竖型钢9从CFRP竖板7上脱落。

在一些实施方式中，所述固定板还包括安装在木梁2上表面上的CFRP横板8， CFRP横板8即为横向安装的CFRP板，CFRP板即为碳纤维复合板材，CFRP横板8的长度与木梁2的宽度相等，此处，不仅可将CFRP横板8安装在木梁2的下表面上，还可将CFRP横板8安装在木梁2的下表面上，或同时在木梁2的上表面和木梁2 的下表面上安装CFRP横板8。所述安装座还包括安装在CFRP横板8上的横型钢10，横型钢10即为轴线方向沿木梁2宽度延伸的型钢，抱合丝6抱合在木柱1上后，抱合丝6的两端分别固定在横型钢10的两端。通过将抱合丝6的两端共同固定在横型钢10的两端，使抱合丝6在对木梁2与木柱1的榫卯结构抱合锁紧固定的同时不会对木梁2自身的结构造成破坏，满足古建筑木结构加固修缮的最小干预原则、可逆性原则和可识别原则。

在一些实施方式中，所述横型钢10上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞12，两个孔洞12沿横型钢10的长度方向间隔排布，而多个孔洞组沿横型钢10 的高度方向间隔排布；同时，抱合丝6为多个，抱合丝6的数量与孔洞组的数量相等，每个抱合丝6的两端均通过螺栓11分别固定在同一孔洞组中的两个孔洞12内。由于同一抱合丝6的两端分别与横型钢10的两端固定，使横型钢10受到抱合丝6 的拉力更加均匀，在保证抱合丝6抱紧的情况下使横型钢10的安装更加的稳固。

在一些实施方式中，所述横型钢10和竖型钢9为L型型钢或T型型钢，横型钢10的水平段贴合固定在CFRP横板8上，竖型钢9的水平段贴合固定在CFRP竖板7 上，此处，横型钢10和竖型钢9优先采用T型型钢，不仅使横型钢10与竖型钢9 的贴合面积更大，且使节点在拔榫时，横型钢10与竖型钢9受到的拉力更加均匀，使横型钢10与竖型钢9的安装更加稳固。

在一些实施方式中，所述CFRP竖板7、CFRP横板8、横型钢10和竖型钢9均通过环氧树脂胶13粘贴固定，使CFRP竖板7、CFRP横板8、横型钢10和竖型钢9 的安装均不需要采用其他的连接件，在保证CFRP竖板7、CFRP横板8、横型钢10 和竖型钢9安装的稳固性同时使木梁2不会造成破坏，满足古建筑木结构加固修缮的最小干预原则、可逆性原则和可识别原则。

在一些实施方式中，所述抱合丝6为SMA丝，SMA丝6为Fe基合金。

在一些实施方式中，所述木柱1的插接段上还缠绕固定有CFRP布5，CFRP布5 即为碳纤维复合布，CFRP布5在缠绕时不能对木柱1上的卯口3封闭，且卯口3周围的CFRP布5缠绕一层即可，而与远离卯口3周围的CFRP布5可缠绕两层或多层，具体的，CFRP布5可采用环氧树脂胶13缠绕粘贴在木柱1上，使CFRP布5 的缠绕更加稳固。通过在木柱1上缠绕CFRP布5，CFRP布5可有效对木柱1进行保护，使SMA丝6抱紧在木柱1上时不会对木柱1造成损伤。

本实用新型在使用时，两个CFRP竖板7均通过环氧树脂胶13粘贴在木梁2前后表面上，一个CFRP横板8通过环氧树脂胶13粘贴在木梁2下表面上，将两个竖型钢9采用环氧树脂胶13分别粘贴固定在两个CFRP竖板7上，将横型钢10采用环氧树脂胶13粘贴固定在CFRP横板8上；将CFRP布5通过环氧树脂胶13缠绕固定在木柱1上，并使卯口3周围的CFRP布5缠绕一层即可，而与远离卯口3周围的 CFRP布5可缠绕两层；选取两组SMA丝6，一组SMA丝6与CFRP竖板7上的孔洞 12对应，另一组SMA丝6与CFRP横板8上的孔洞12对应，并使两组共同抱设在木柱1上，与CFRP横板8对应的SMA丝6两端通过螺栓11分别固定在CFRP横板8 两端的孔洞12内，CFRP横板8对应的SMA丝6两端分成两个分支，并将SMA丝6 同一端的两个分支通过螺栓11分别固定在CFRP竖板7上同一孔洞组中的两个孔洞 12内，以提高燕尾榫节点抵抗拒局部破坏的能力。

本实用新型在具体使用过程中，针对不同的情况，抱合丝6的使用情况可不同，具体的：1、可采用多组抱合丝6对木梁2与木柱1的榫卯节点中部锁紧抱合，此时，可仅在木梁2的前后表面分别安装CFRP竖板7，并在CFRP竖板7上安装竖型钢9，然后采用多个抱合丝6共同抱紧在木柱1上，并将多个抱合丝6的两端分别固定在两个竖型钢9上即可；2、可在木梁2的上表面安装CFRP横板8，并在CFRP横板8 上安装横型钢10，采用抱合丝6抱紧在木柱1上，将抱合丝6的两端分别固定在横型钢10的两端；还可在木梁2的下表面安装CFRP横板8，并在CFRP横板8上安装横型钢10，采用抱合丝6抱紧在木柱1上，将抱合丝6的两端分别固定在横型钢10 的两端；还可仅在木梁2的上下表面均安装CFRP横板8，并在两个CFRP横板8上安装横型钢10，采用两个抱合丝6抱紧在木柱1上，将位于上方的抱合丝6两端分别固定在位于木梁2上表面上的横型钢10两端，将位于下方的抱合丝6两端分别固定在位于木梁2下表面上的横型钢10两端；3、可采用多组抱合丝6对木梁2与木柱1的榫卯节点锁紧抱合，此时，在木梁2的前后表面分别安装CFRP竖板7，并在 CFRP竖板7上安装竖型钢9，在木梁2的上表面或/和木梁2的下表面分别安装CFRP 横板8，并在CFRP横板8上安装横型钢10，采用多个抱合丝6共同抱紧在木柱1 上，位于最上方的抱合丝6两端分别固定在位于木梁2上表面上的横型钢10两端，位于最下方的抱合丝6两端分别固定在位于木梁2下表面上的横型钢10两端，位于中部的多个抱合丝6两端分别固定在两个竖型钢9上即可。即，本实用新型中抱合丝6的具体数量以及CFRP横板8、CFRP竖板7、横型钢10、竖型钢9的安装可根据具体情况进行选择，只需保证具有抱合丝6对木梁2与木柱1的榫卯节点进行锁紧锁紧抱合即可，且在同时使用CFRP竖板7和CFRP横板8时，CFRP竖板7和CFRP 横板8可为一体结构。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本实用新型，而并非是对本实用新型的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本实用新型的范围内。

Claims (9)

1.一种古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，包括通过榫卯连接的木梁(2)与木柱(1)，木梁(2)上粘贴固定有固定板，固定板上固定安装有安装座，且安装座上还安装有用于抱合在木柱(1)上的抱合丝(6)。

2.根据权利要求1所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述固定板为分别安装在木梁(2)前后侧面上的CFRP竖板(7)，安装座为分别安装在两个CFRP竖板(7)上的竖型钢(9)，抱合丝(6)的两端分别固定在两个竖型钢(9)上。

3.根据权利要求2所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述竖型钢(9)上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞(12)，多个孔洞组沿竖型钢(9)的高度方向间隔排布，且抱合丝(6)为多个，多个抱合丝(6)的端部与多个孔洞组一一对应，抱合丝(6)的端部均具有两个分支，两个分支分别固定在同一孔洞组中的两个孔洞(12)内。

4.根据权利要求2所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述固定板还包括安装在木梁(2)上表面或/和木梁(2)下表面上的CFRP横板(8)，安装座还包括安装在CFRP横板(8)上的横型钢(10)，抱合丝(6)的两端均固定在横型钢(10)上。

5.根据权利要求4所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述横型钢(10)上具有多个孔洞组，每个孔洞组均包括两个孔洞(12)，多个孔洞组沿横型钢(10)的高度方向间隔排布，且抱合丝(6)为多个，每个抱合丝(6)的两端分别固定在同一孔洞组中的两个孔洞(12)内。

6.根据权利要求4所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述横型钢(10)和竖型钢(9)为L型型钢或T型型钢。

7.根据权利要求4所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述CFRP竖板(7)、CFRP横板(8)、横型钢(10)和竖型钢(9)均通过环氧树脂胶(13)粘贴固定。

8.根据权利要求1所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述抱合丝(6)为SMA丝。

9.根据权利要求1所述的古建筑木结构燕尾榫松动节点加固结构，其特征在于，所述木柱(1)的插接段上还缠绕固定有CFRP布(5)。

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