一种隐蔽式清式柱头科斗栱挑檐枋自复位耗能加固装置的制作方法

本实用新型属于古建筑加固与修缮技术领域，具体涉及一种隐蔽式清式柱头科斗栱挑檐枋自复位耗能加固装置。

背景技术：

斗栱，是中国古建筑的特有构件，由矩形的斗、升、栱、翘、昂组成，是较大建筑物的柱与屋顶之间的过渡部分。斗栱的产生和发展有着非常悠久的历史，具有承担荷载、增加跨度、抗震、装饰等作用。殿堂建筑中，通常在柱头上放置柱头科斗栱。柱头科斗栱作为主要受力构件，连接梁架与柱架，承担梁头传递的屋架体系荷载。

柱头科斗栱的桃尖梁和挑檐枋通过榫卯连接。在地震作用下，榫卯连接处容易发生拔榫、脱榫等破坏形式，斗栱产生挤压塑性变形导致整体歪闪倾倒。同时，古建筑木结构主要依靠斗栱层的挤压变形来进行能量耗散，由于木材变形后难以恢复，其抗震性能也随之降低，影响建筑结构的使用。

根据《古建筑木结构维护与加固技术规范》(gb50165-92)的规定，古建筑木结构的修缮与加固要满足“修旧如旧”的原则，尽量不影响古建筑的原有外观。目前对榫卯节点进行加固的主要方法有：替木加固法、碳纤维布加固法，马口铁加固法等。但由于斗栱的构件小而繁多，这些传统加固方法并不适用于斗栱加固。故有必要提出一种新型的加固方法，在尽量不改变斗栱外观的基础上，提高斗栱的耗能能力和整体稳定性。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的缺陷与不足，本实用新型的目的在于，提供一种隐蔽式清式柱头科斗栱挑檐枋自复位耗能加固装置。本实用新型通过利用形状记忆合金的超弹性性能，有效减小桃尖梁和挑檐枋之间的残余变形，从而提高斗栱的耗能能力，同时可以实现斗栱的自复位，防止斗栱发生整体歪闪倾倒。

本实用新型为解决其技术问题采用以下技术方案：

本实用新型给出了一种隐蔽式清式柱头科斗栱挑檐枋自复位耗能加固装置，其特征在于，包括桃尖梁、挑檐枋和挑檐枋连接机构，所述挑檐枋通过挑檐枋加固装置连接，桃尖梁表面开设矩形通槽，挑檐枋加固装置设于矩形通槽中；

所述挑檐枋加固装置包括外钢管、内钢管、活动夹头和sma丝束，所述sma丝束缠绕于一对活动夹头上，一对活动夹头张拉sma丝束固定在内、外钢管限位卡槽中。

作为优选的方案，所述外钢管与桃尖梁的矩形通槽内壁之间采用环氧树脂粘接剂连接，挑檐枋插入内钢管。

作为优选的方案，所述内钢管和外钢管为框型板结构，均顶部开口，限位卡槽设于内钢管和外钢管的两侧壁。

作为优选的方案，所述外钢管的内壁设有与内钢管相接的导向棒。

作为优选的方案，所述活动夹头中间为圆柱体，端部为长方体。

作为优选的方案，缠绕于一对活动夹头上的sma丝束通过sma丝束限位构造限位；所述sma丝束限位构造是位于活动夹头两端的矩形卡锚，将sma丝束限制在矩形卡锚之间。

作为优选的方案，所述sma丝束采用镍钛或铜-铝-铍合金材料。

本实用新型在地震作用下，当斗栱上方支承的挑檐枋发生沿面宽方向刚体平动时，装置内的镍钛合金sma丝束均处于伸长状态，充分利用其独特的超弹性和耗能特性，实现挑檐枋的运动自复位，从而减轻斗栱震害，有效防止斗栱歪闪甚至倾斜倒塌。

其特点在于：

1.构造简单、安装方便，可在古建筑落架维修或局部顶升的时候对斗栱进行加固处理；同时该装置位置隐蔽，不违背保持古建筑原貌的原则，有利于古建筑的传承和保护。

2.利用超弹性合金的耗能性，极大的增强了斗栱的耗能能力，提高了斗栱节点的抗震能力。

3.利用形状记忆合金的自复位性能，提高了斗栱的整体稳定性，有效预防斗栱歪闪和倾倒。

4.所需材料均能方便的获取，造价低廉，施工方便，适合古建筑的斗栱加固。

附图说明

图1为本实用新型的实施例中斗栱加固节点剖面图；

图2为本实用新型的实施例的透视图；

图3为本实用新型的实施例的侧立面图；

图4为本实用新型的实施例的外层钢管爆炸图；

图5为本实用新型的实施例的内层钢管爆炸图；

图6为本实用新型的实施例的活动夹头与sma丝束图；

图7为本实用新型的实施例的活动夹头图。

图中各标号含义：1-外钢管，1-1外钢管侧钢板，1-2-外钢管底钢板，2-内钢管，2-1-内钢管侧钢板，2-2-内钢管底钢板，3-导向棒，4-左活动夹头，5-右活动夹头，6-sma丝束限位构造，7-sma丝束，8-桃尖梁，9-挑檐枋，10-矩形通槽。

具体实施方式

下面结合附图和及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2、图3所示，为一种隐蔽式清式柱头科斗栱挑檐枋自复位耗能加固装置的结构示意图，安装在桃尖梁和挑檐枋交接位置，包括桃尖梁8、挑檐枋9和挑檐枋连接机构，挑檐枋9通过挑檐枋加固装置连接，桃尖梁8表面开设矩形通槽10，挑檐枋加固装置设于矩形通槽10中；如图2所示，挑檐枋加固装置包括外钢管1、内钢管2、导向棒3、左活动夹头4、右活动夹头5、sma丝束限位构造6和sma丝束7。其中，sma丝束7缠绕于左、右活动夹头4和5上的sma丝束限位构造6之间；固定左活动夹头4，通过张拉拉索使sma丝束7达到初始预张拉状态；将左、右活动夹头4和5固定在内钢管2两侧壁的预开限位卡槽中，并将内钢管底钢板2-2与内钢管侧钢板2-1焊接；将导向棒3与外钢管1的三块钢板焊接，导向棒方向垂直于sma丝束，前后带预开槽道外钢管侧钢板1-1卡住左、右活动夹头4和5，再将外钢管底钢板1-2与外钢管侧钢板1-1焊接，外钢管组装完毕，释放施加sma丝束预紧力的拉索，形成预拉力；在桃尖梁8表面开设矩形通槽，在该通槽和外钢管1接触的前后及底面涂抹环氧树脂粘接剂，将装置与桃尖梁8粘接；将挑檐枋9插入内钢管2两端，完成连接。

具体的，桃尖梁7与挑檐枋8连接处开设矩形通槽，在一个实施例中，挑檐枋孔洞截面宽110mm，高175mm。在一个实施例中，桃尖梁8上插入挑檐枋位置处的通槽深183mm，长320mm宽110mm；环氧树脂粘接层厚1mm；挑檐枋9横截面宽80mm高160mm。

如图4所示，导向棒3与外钢管1的三块钢板焊接构成框型板结构，均顶部开口，限位卡槽设于外钢管侧钢板1-1的侧壁，卡住左、右活动夹头4和5，外钢管底钢板1-2与侧钢板焊接。外钢管1的内壁设有与内钢管2相接的导向棒3。

在一个实施例中，外钢管1采用q235或q345钢构件，外钢管侧钢板1-1长550mm，厚5mm，高175mm，其上的预留槽道高20mm，宽50mm，外钢管底钢板1-2长550mm，厚5mm，宽100mm；导向棒3采用q235或q345钢构件，直径5mm，长度60mm。

如图5所示，左、右活动夹头4和5分别卡在内钢管侧钢板2-1的限位卡槽中，内钢管底钢板2-2与前后钢板焊接。

在一个实施例中，内钢管2采用q235或q345钢构件，内钢管侧钢板2-1长650mm，厚5mm，高165mm，其上的预留槽道高20mm，宽50mm，内钢管底钢板2-2长650mm，厚5mm，宽80mm。

如图6所示，将sma丝束7缠绕到左、右活动夹头4和5上的sma丝束限位构造6之间(保持sma丝束预张拉，应力不松弛)，绕丝时保持左、右活动夹头4和5不动；采用矩形卡锚固sma丝束。左、右活动夹头4和5中间为圆柱体，端部为长方体。

在一个实施例中，sma丝束7采用镍钛或铜-铝-铍等常用合金材料，直径1.2mm，缠绕不大于13圈；活动夹头4和5采用45号钢，绕丝段截面半径取10mm，两固定端长25mm，宽高均为20mm，两活动夹头中心距离430mm；sma丝束限位构造6采用45号钢，为两个边长24mm厚度1mm的正方形板拼合而成。

如图7所示，为古建筑木结构柱头科斗栱自复位耗能加固方法活动夹头示意图，由活动夹头4和5和sma丝束限位构造6组成。

本实用新型的古建筑木结构柱头科斗栱自复位耗能加固装置的连接方法，具体包括如下步骤：

步骤1：sma丝束7缠绕于活动夹头4和5上的sma丝束限位构造6之间，固定活动夹头4，通过张拉拉索使sma丝束7达到初始预张拉状态。

步骤2：将活动夹头4和5固定在内钢管2的预开槽道中，并将内钢管底钢板2-2与内钢管侧钢板2-1焊接。

步骤3：将导向棒3与外钢管1的三块钢板焊接，前后带预开限位卡槽的外钢管侧钢板1-1卡住活动夹头4和5，再将外钢管底钢板1-2与外钢管侧钢板1-1焊接，外钢管组装完毕，释放施加sma丝束预紧力的拉索，形成预拉力。

步骤4：在桃尖梁8表面开设矩形通槽，在该通槽和外钢管1接触的前后及底面涂抹环氧树脂粘接剂，将装置与桃尖梁8粘接，将挑檐枋9插入内钢管2两端，完成连接。

本实用新型的工作原理是：

加固装置制作时sma丝束被预张拉，在挑檐枋未发生运动时，活动夹头将sma丝束中的预拉力传递至外、内钢管，体系处于自平衡状态。

当挑檐枋整体向左移动一段距离后，内钢管随之发生刚体平动，此时带动左活动夹头向左运动，而右活动夹头在外钢管的约束下保持不动，左右活动夹头之间距离增大，sma丝束被伸长。当挑檐枋左移至极限距离时，此时左活动夹头也正好运动到外钢管左预开槽道的最左端，此时sma丝束达到极限张拉状态，sma丝束将最大程度发挥超弹性材料特性。挑檐枋整体向右移动时，sma丝束和活动夹头将发生类似的变形。无论该斗栱加固装置和与其相接的挑檐枋沿面宽方向左移或右移，都能使两个活动夹头的轴线距离变大，从而使sma丝束伸长，使其一直处于受拉状态。

该加固装置的工作过程可以分为三个阶段。第一阶段是弹性工作阶段，当受力较小时，sma处于奥氏体弹性变形状态，此时挑檐枋沿面宽方向平动距离很小；第二阶段是自复位工作阶段，此时sma丝束进入马氏体相变阶段，发生“屈服”，sma受拉刚度明显减小，sma丝束伸长，发生明显的拉伸变形，加固装置通过使挑檐枋复位从而降低斗栱的地震震害；第三阶段是强化阶段，当挑檐桁平动位移进一步增加达到极限位移时，活动夹头运动到外钢管预开槽道端部，合金丝发生最大的受拉变形，加固装置将发挥最大的自复位作用。活动夹头将成为内钢管和外钢管之间的剪力连接件，并会在较大的地震剪力作用下发生剪切破坏，此时认为加固装置破坏并退出工作。由此可见，该装置极大的增强了斗栱的耗能能力，提高了斗栱节点的抗震能力。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的具体实施方式，但本实用新型专利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专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。

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