[發明專利]一種裝置形狀記憶合金絲的木結構榫卯節點

有效

• 申請號: 201710586489.9
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107217866B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 張錫成;張玉濤
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: E04G23/02
• 分類號: E04G23/02;E04B1/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種裝置形狀記憶合金絲的木結構榫卯節點，包括木柱，和通過榫卯節點連接木柱的木梁，榫卯節點處的木柱和木梁之間上下分別連接有若干數量相同、直徑相同的形狀記憶合金絲，若干形狀記憶合金絲一端通過水平鋼板連接件分別固定在木梁上下端面，另一端通過木柱卡箍連接件分別固定在木柱上下柱面內側；形狀記憶合金絲沿木梁軸心上下對稱，當榫卯節點發生反復轉動時，通過形狀記憶合金絲發生反復拉伸及復位，承受木柱和木梁的內力。本發明加固木結構榫卯節點的抗剪承載能力、抗彎承載能力明顯提高，耗能能力也顯著提高，震后可恢復，無殘余變形；具有良好的耐久性、抗腐蝕性能和抗疲勞性能。

技術領域

本發明涉及一種裝置形狀記憶合金絲的古建筑及現代木結構榫卯節點，屬于古建筑木結構及現代木結構加固保護、抗震減災領域。適合傳統木結構及現代木結構抗震減災需求。

背景技術

中國古建筑木結構歷史悠久，遍布全國各地，蘊含著寶貴的傳統營造技藝和建筑文化。現存的古建筑有北京故宮、山西應縣木塔、承德避暑山莊、薊縣獨樂寺等。古建筑木結構梁柱連接方式主要為榫卯連接，即梁端做成榫頭形式，柱端做成卯口形式。榫卯連接具有剛柔并濟的作用，為典型的半剛性連接。在諸如地震、風荷載作用下，榫卯節點發生擠壓變形，榫頭松動甚至拔出，其受彎、剪、扭等基本承載能力減弱。現代木結構連接方式大多采用鋼連接件連接或部分采用榫卯節點連接，但連接較弱，其抗彎剛度較小，屬于半剛性連接。上述木結構的節點構造方式造成了木構架整體抗側剛度不足，在地震、橫風等動力荷載作用下，整體結構容易產生較強的動力響應和較大的層間側移，從而導致結構遭受嚴重破壞甚至倒塌。因此，對榫卯節點進行加固以降低木構架的整體動力響應和限制層間側移是木結構修繕加固的重點。

現行常見的木結構榫卯節點加固材料有很多，比如鋼板、角鋼、扒釘等傳統材料及軟鋼、碳纖維等新型材料。一方面，鋼板、角鋼、扒釘等傳統材料加固木結構榫卯節點雖然可以提高節點的承載力及耗能性能，但會大幅度地提高榫卯節點的抗彎剛度，使得整個結構剛度增加，其地震反映大幅度增加，不利于抗震；另一方面，鋼板、角鋼、扒釘等傳統材料長期暴露在空氣中較易發生生銹、腐蝕等耐久性問題，潛伏安全隱患并影響建筑美觀；再者，由于鋼板、角鋼、扒釘、軟鋼等材料屬于彈塑性材料，結構在經歷大的地震作用后，這些材料本身會產生較大的殘余變形，無法恢復到初始狀態，需要更換加固材料，對結構進行二次加固。碳纖維布是一種單向碳纖維加固產品，具有較強的抗拉承載力，但由于材料本身只能承受拉力，其垂直纖維方向的抗剪承載力幾乎為零，因此，采用碳纖維布加固榫卯節點，僅能提高榫卯節點的抗彎承載力及抗彎剛度，無法提高其抗剪承載力；另外，碳纖維布脆性強，延性差，以其加固榫卯節點達不到提高節點耗能能力的目的；此外，碳纖維布及其黏合料屬于易燃品，其耐火性能極差，在明火或者高溫情況下易發生燃燒或者嚴重變形，不能繼續使用。

因此，有必要采用一種新型智能材料對古建筑木結構及現代木結構榫卯節點進行加固處理，形狀記憶合金是一種具有多種特殊力學性能的新型功能材料，具有顯著的形狀記憶效應、相變超彈性和高阻尼特性。較其他材料相比，形狀記憶合金的抗疲勞性能很好，變形可恢復應變很大(6％～8％)。因此，采用形狀記憶合金進行加固，較其他材料的加固方法相比，具有變形可自動回復的特點，又具有較高的阻尼耗能能力，是減輕建筑結構在地震作用下損傷，減小地震后修復結構本身或修復、更換加固材料費用的有效方案。

發明內容

為解決以上背景技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的在于提出一種裝置形狀記憶合金絲的古建筑及現代木結構榫卯節點，解決現有榫卯節點加固方式中存在的“超剛”、耐久性差、殘余變形大、耐火性差等問題。該榫卯節點采用奧氏體形狀記憶合金絲進行加固，在未明顯提高榫卯節點抗彎剛度的情況下，大幅度提高了節點的耗能能力、耐久性能及耐火性能，并能實現變形后整體結構的自動復位，進而改善榫卯節點自恢復能力差的先天缺陷。從而解決因地震、風振或者機械振動產生的動力響應而導致的建筑物傾斜、倒塌等問題，并避免建筑物震后的二次糾偏加固。

本發明是通過下述技術方案來實現的。