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申请/专利权人：西安建筑科技大学

摘要：一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，用于木梁和木柱连接处的榫卯节点，包括设置在榫头外围和卯口内周的金属钢套，金属钢套沿木梁长度方向的纵截面为梯形且上底朝向木柱，下底朝向木梁且为开放状态，在金属钢套内侧设置有楔形粘弹性橡胶块，在木梁中设置有沿长度方向的贯通的隐蔽槽，隐蔽槽中设置有内置形状记忆合金丝的套管，形状记忆合金丝贯穿金属钢套和木柱以锚具锚固。本发明有效解决了传统方法中形象结构外观、榫头与卯口的挤压破坏、拔榫破坏和缺乏自复位的的缺陷，在不改变榫卯节点受力特点前提下，可提高榫卯节点承载力，增加耗能能力，减小拔榫量，具有震后自复位功能，可提高榫卯节点使用寿命。

主权项：1.一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，用于木梁（1）和木柱（2）连接处的榫卯节点，其特征在于，包括设置在榫头（11）外围和卯口（21）内周的金属钢套（3），金属钢套（3）沿木梁（1）长度方向的纵截面为梯形且上底朝向木柱（2），下底朝向木梁（1）且为开放状态，在金属钢套（3）内侧设置有楔形粘弹性橡胶块（4），在木梁（1）中设置有沿长度方向的贯通的隐蔽槽一（5），隐蔽槽一（5）中设置有内置形状记忆合金丝（7）的套管（6），形状记忆合金丝（7）伸出木梁（1）的一端贯穿金属钢套（3）和木柱（2）以锚具（10）锚固；所述金属钢套（3）的上底长度与榫头（11）高度相等，下底长度小于榫头（11）高度与楔形粘弹性橡胶块（4）高度之和1-2mm，上底和下底的宽度与榫头（11）宽度相等；所述金属钢套（3）的上底为半封闭状态，预留一个以榫头（11）截面型心为圆心，半径为形状记忆合金（SMA）（7）半径3-5倍的圆孔；所述木柱（2）外侧设置有隐蔽槽二（22），隐蔽槽二（22）中设置有用于锚固形状记忆合金丝（7）的锚板（8）、锚垫板（9）和锚具（10）；所述隐蔽槽二（22）的截面尺寸与锚板（8）的尺寸一致，其深度与锚板（8）、锚垫板（9）和锚具（10）的高度之和相等。

全文数据：一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置技术领域本发明属于古建筑木结构减震耗能技术领域，特别涉及一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置。背景技术古建筑木结构由于年代久远，经历过无数的地风吹雨淋、地震、战争、微生物腐蚀等不利因素的作用，产生了不同程度的老化和损伤，因此古建筑木结构的加固修缮是目前亟待解决的问题。古建筑木结构榫卯节点不仅可以产生一定的转动还可以承担一定的弯矩荷载具有典型的半刚性特点，一方面其具有良好的减震耗能作用，另一方面榫卯节点古建筑木结构中最脆弱的部位，破坏往往发生在榫卯节点处。因此古建筑木结构榫卯节点的加固修缮的研究尤为重要，传统的榫卯节点加固修复方法主要包括：CFRP加固、弧形钢板加固、扁钢加固、扒钉加固、斜撑加固、植筋加固等。这些方法都能在一定程度上对木结构榫卯节点起到加固和保护作用。传统的榫卯节点加固修缮方法存在几个关键的缺点：1影响结构的建筑外观；2榫头与卯口的挤压破坏、拔榫破坏的问题未能得到有效的解决；3缺乏自复位性能。发明内容为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，有效解决了传统方法中形象结构外观、榫头与卯口的挤压破坏、拔榫破坏和缺乏自复位的的缺陷，在不改变榫卯节点受力特点前提下，可提高榫卯节点承载力，增加耗能能力，减小拔榫量，具有震后自复位功能，可提高榫卯节点使用寿命。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，用于木梁1和木柱2连接处的榫卯节点，包括设置在榫头11外围和卯口21内周的金属钢套3，金属钢套3沿木梁1长度方向的纵截面为梯形且上底朝向木柱2，下底朝向木梁1且为开放状态，在金属钢套3内侧设置有楔形粘弹性橡胶块4，在木梁1中设置有沿长度方向的贯通的隐蔽槽5，隐蔽槽5中设置有内置形状记忆合金丝7的套管6，形状记忆合金丝7伸出木梁1的一端贯穿金属钢套3和木柱2以锚具10锚固。所述榫头11为透榫或半透榫的一种。所述金属钢套3的上底长度与榫头11高度相等，下底长度小于榫头11高度与楔形粘弹性橡胶块4高度之和1-2mm，上底和下底的宽度与榫头11宽度相等。所述金属钢套3的上底为半封闭状态，预留一个以榫头11截面型心为圆心，半径为形状记忆合金SMA7半径3-5倍的圆孔。所述金属钢套3采用低屈服点的镀锌钢材，壁厚为1-2mm，所述楔形粘弹性橡胶块4的材料为天然橡胶或聚氨酯橡胶，所述楔形粘弹性橡胶块4与金属钢套3之间采用粘合剂连接。所述隐蔽槽5沿木梁1中轴线贯穿设置。所述套管6材质为塑料、金属、FRP中的一种，所述隐蔽槽5、套管6以及形状记忆合金丝7三者之间的缝隙灌入粘结材料固定连接，所述粘结材料为酚醛树脂、酚醛树脂改性树脂、异氰酸酯、三聚氰胺脲醛共缩聚树脂、环氧树脂中的一种。所述木柱2外侧设置有隐蔽槽22，隐蔽槽22中设置有用于锚固形状记忆合金丝7的锚板8、锚垫板9和锚具10。所述隐蔽槽22的截面尺寸与锚板8的尺寸一致，其深度与锚板8、锚垫板9和锚具10的高度之和相等。所述锚具10为夹片式锚具、粘结式锚具、支撑式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中的一种。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明在不影响建筑外观的前提下进行了古建筑木结构榫卯节点的加固保护工作，该方法所有的加固保护装置都在设置在结构内部。2、本发明保留了古建筑木结构榫卯节点原有的半刚性特点。根据榫卯节点的受力特点在榫头与卯口之间一个楔形橡胶块，解决了榫头与卯口的挤压破坏。3、本发明具有震后自复位功能。通过在木梁中植入形状记忆合金丝保证榫卯节点可以产生一定的拔榫量，震后又有形状记忆合金丝自身的形状记忆效应可以使结构恢复至初始位置。4、本发明提高了榫卯节点的耗能能力。榫卯节点发生转动时橡胶块发生挤压变形耗能；榫卯节点产生拔榫变形时，一方面榫头与橡胶块的摩擦产生热量耗能，另一方面形状记忆合金变形吸收输入结构的能量耗能。5、本发明具有易于更坏的特点。当加固原件发生老化破坏时，可以方便的对元件进行更换。附图说明图1是本发明的爆炸示意图。图2是镀锌金属钢套的三维轴测图。图3是卯口的三维局部放大图。图4是木梁的剖面图。示意图中标号：1、木梁；11、榫头；2、木柱；21、卯口；22、隐蔽槽；3、金属钢套：4、楔形粘弹性橡胶块4；5、隐蔽槽；6、套管；7、形状记忆合金丝SMA；8、锚板；9、锚垫板；10、锚具。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。如图1所示，本发明适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，用于木梁1和木柱2连接处的榫卯节点，包括设置在榫头11外围和卯口21内周的金属钢套3。本发明中，榫头11可为透榫或半透榫。金属钢套3的结构如图2所示，其沿木梁1长度方向的纵截面为梯形，本实施例为等腰梯形，其上底朝向木柱2，为半封闭状态，预留一个以榫头11截面型心为圆心，半径为形状记忆合金SMA7半径3-5倍的圆孔，下底朝向木梁1且为开放状态。金属钢套3的上底长度与榫头11高度相等，下底长度小于榫头11高度与楔形粘弹性橡胶块4高度之和1-2mm，上底和下底的宽度与榫头11宽度相等。在金属钢套3内侧设置有楔形粘弹性橡胶块4，本实施例中楔形粘弹性橡胶块4仅设置于梯形的腰部位置。金属钢套3可采用低屈服点的镀锌钢材，可做镀锌处理，壁厚为1-2mm，楔形粘弹性橡胶块4的材料为天然橡胶或聚氨酯橡胶，楔形粘弹性橡胶块4与金属钢套3可之间采用粘合剂连接。如图1和图3所示，木柱2外侧设置有隐蔽槽22，隐蔽槽22中设置有用于锚固形状记忆合金丝7的锚板8、锚垫板9和锚具10。其中隐蔽槽22的截面尺寸与锚板8的尺寸一致，其深度与锚板8、锚垫板9和锚具10的高度之和相等。锚具10为夹片式锚具、粘结式锚具、支撑式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中的一种。如图1和图4所示，在木梁1中沿中轴线设置有沿长度方向的贯通的隐蔽槽5，隐蔽槽5中设置有内置形状记忆合金丝7的套管6，形状记忆合金丝7贯穿金属钢套3和木柱2以锚具10锚固。套管6材质为塑料、金属、FRP中的一种，形状记忆合金丝7与隐蔽槽5及套管6的连接材料为酚醛树脂、酚醛树脂改性树脂、异氰酸酯、三聚氰胺脲醛共缩聚树脂、环氧树脂中的一种。本发明的安装方法：1、根据既有加固结构的尺寸确定金属钢套3和楔形粘弹性橡胶块4的尺寸加工制作完成。2、根据选用的锚具10的形式和尺寸在木柱2卯口21背对木梁侧加工好用于放置夹具的隐蔽槽22。3、将木梁1沿中轴线位置加工好用于植入形状记忆合金丝SMA7的隐蔽槽5.4、用选定的粘结剂将楔形粘弹性橡胶块4与金属钢套3沿拔模面连接。5、将套管6放入沿木梁纵向贯穿的隐蔽槽5，把形状记忆合金丝SMA放入套管6中，沿三者之间的缝隙灌入选定的粘结材料固定连接。6、将第四步完成的金属套筒3套装在卯口21内。7、将第五步完成的装置插入卯口21内的镀锌金属钢套3内。植入的形状记忆合金丝7穿过镀锌金属套筒3半封闭段预留的孔洞。8、将选用的锚板8、锚垫板9、锚具10放入第二步制作好的隐蔽槽5中锚固植入梁内的形状记忆合金丝7，施加预应力。本发明的工作原理：安装本发明装置的木结构榫卯节点，荷载作用下发生转动变形时，压缩楔形粘弹性橡胶块发生挤压变形，吸收输入结构的能量进行耗能；荷载作用下榫卯节点发生拔榫破坏时，榫头与楔形粘弹性橡胶块发生摩擦作用，将一部分能量转化为热量耗能，同时形状记忆合金丝发生变形吸收部分输入结构的能量耗能；荷载作用下榫卯节点转动和拔榫同时发生时，三部分耗能作用同时参加工作；荷载作用结束后，由于形状记忆合金丝的形状记忆效应，时结构恢复至初始状态，有效消除了结构的残余变形，实现了结构的自复位功能。

权利要求：1.一种适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，用于木梁1和木柱2连接处的榫卯节点，其特征在于，包括设置在榫头11外围和卯口21内周的金属钢套3，金属钢套3沿木梁1长度方向的纵截面为梯形且上底朝向木柱2，下底朝向木梁1且为开放状态，在金属钢套3内侧设置有楔形粘弹性橡胶块4，在木梁1中设置有沿长度方向的贯通的隐蔽槽5，隐蔽槽5中设置有内置形状记忆合金丝7的套管6，形状记忆合金丝7伸出木梁1的一端贯穿金属钢套3和木柱2以锚具10锚固。2.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述榫头11为透榫或半透榫的一种。3.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述金属钢套3的上底长度与榫头11高度相等，下底长度小于榫头11高度与楔形粘弹性橡胶块4高度之和1-2mm，上底和下底的宽度与榫头11宽度相等。4.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述金属钢套3的上底为半封闭状态，预留一个以榫头11截面型心为圆心，半径为形状记忆合金SMA7半径3-5倍的圆孔。5.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述金属钢套3采用低屈服点的镀锌钢材，壁厚为1-2mm，所述楔形粘弹性橡胶块4的材料为天然橡胶或聚氨酯橡胶，所述楔形粘弹性橡胶块4与金属钢套3之间采用粘合剂连接。6.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述隐蔽槽5沿木梁1中轴线贯穿设置。7.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述套管6材质为塑料、金属、FRP中的一种，所述隐蔽槽5、套管6以及形状记忆合金丝7三者之间的缝隙灌入粘结材料固定连接，所述粘结材料为酚醛树脂、酚醛树脂改性树脂、异氰酸酯、三聚氰胺脲醛共缩聚树脂、环氧树脂中的一种。8.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述木柱2外侧设置有隐蔽槽22，隐蔽槽22中设置有用于锚固形状记忆合金丝7的锚板8、锚垫板9和锚具10。9.根据权利要求8所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述隐蔽槽22的截面尺寸与锚板8的尺寸一致，其深度与锚板8、锚垫板9和锚具10的高度之和相等。10.根据权利要求1所述适用于木结构边跨榫卯节点的隐蔽式加固与减震耗能装置，其特征在于，所述锚具10为夹片式锚具、粘结式锚具、支撑式锚具、锥塞式锚具或螺母锚具中的一种。

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