一种摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构的制作方法

本发明属于古建筑木结构加固与修缮技术领域，特别涉及一种摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构。

背景技术：

古建筑木结构的建筑结构形式非常丰富，现存的古建筑木结构主要以梁柱结构体系为主，其特点为柱脚平摆浮搁放置于柱基石上，梁柱构件通过榫卯连接构成梁柱结构体系承重骨架；榫卯节点作为古建筑木框架结构的主要耗能构件其典型特征为半刚性，其缺点在于承载能力和抗弯性能比较弱，初始刚度较低；现存古建筑木结构都已经理过无数次的地震、战争、风荷载等不利因素的洗礼，榫卯节点的拔榫和榫头和卯口的挤压变形比较严重，导致榫卯节点的耗能能力大幅下降，甚至不能满足结构的承载力和变形要求。因此通过增设耗能装置来达到缓解甚至解决古建筑木结构老旧损伤带来的承载力不足、变形过大、耗能性能下降等安全隐患是目前古建筑木结构维修加固亟待解决的关键问题。

现有的古建筑木结构耗能装置诸如扁钢、弧形钢板、马口铁等传统的金属铁件主要通过其自身材料的屈服来达到耗能作用，金属构件的刚度较大来提高木框架的初始刚度，其特点为装置体型比较小，具有一定的耗能性能和初始刚度。然而存在一些重大缺陷，这类耗能装置仅适用一些跨度比较小，层高比较矮的小型木结构，装置在安装和工作过程中或多或少都会对木柱和木梁带来一些不可逆的破坏，具有不可逆性。在经历强风强震偶然荷载的情况下容易出现减震耗能性能不足发生构件破坏甚至是结构的整体倒塌。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，针对已有的加固修缮方法中存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构，解决传统铁件加固方法仅适用于体型较小的古建筑木结构，初始刚度较小，耗能装置的不可逆性以及在强风强震等作用力比较大的不利荷载作用下发生由于耗能性能不足引起的破坏性倒塌等问题，本发明在有效解决以上问题的基础上还能通过调节摩擦力阻尼器的初始刚度来定量的提供初始刚度，通过换用符合所述的摩擦力阻尼器可以达到自复位的性能，适用于榫卯节点木框架的维修加固保护以及古建筑木结构的抗震减震需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构，其特征在于，包括分别设置于柱底端和柱顶端的固定支座4，左斜支撑1的左端与柱底端的固定支座4连接，右斜支撑2的右端与另一柱的柱顶端的固定支座4连接，左斜支撑1和右斜支撑2之间以摩擦力阻尼器3连接，左斜支撑1、右斜支撑2和摩擦力阻尼器3的轴线位于同一直线上，三者共线构成摩擦力阻尼器-钢支撑。

所述左斜支撑1和右斜支撑2采用实心圆钢管或矩形实心钢管等。

所述左斜支撑1和右斜支撑2的一端设置有双叶连接板11，另一端设置有单叶连接板12，左斜支撑1和右斜支撑2的双叶连接板11分别与摩擦力阻尼器3的左端连接板和右端连接板通过连接螺栓7连接，左斜支撑1和右斜支撑2的单叶连接板12分别与相应的固定支座4连接。

所述双叶连接板11和单叶连接板12均通过切削而成。

所述固定支座4包括弧形钢箍一41和弧形钢箍二42，弧形钢箍一41和弧形钢箍二42的内侧均设置有橡胶垫8，弧形钢箍一41和弧形钢箍二42两端预留螺栓孔，通过固定螺栓6和预紧螺栓5贯穿预留的螺栓孔实现弧形钢箍一41和弧形钢箍二42的连接，其中位于木框架的内侧的固定螺栓6上设置滑动轴承9，所述左斜支撑1和右斜支撑2的单叶连接板12与轴承铰接9。

所述柱顶端的固定支座4设置在柱顶卯口下方，弧形钢箍41和弧形钢箍42上边缘距卯口下边缘20mm，柱底端的固定支座4设置在础石上顶面的上方，弧形钢箍41和弧形钢箍42下边缘距础石上顶面20mm，柱端固定支座4的具体位置根据钢支撑的连接板的形式以及古建筑木框架的变形程度来具体确定。在确定柱端固定支座4的具体位置时要保证位于木框架内侧的固定螺栓孔的连线通过榫卯节点木框架的对角线。

所述摩擦力阻尼器3为直线型摩擦力阻尼器，即摩擦力阻尼器两端的连接板共线，作动方向共线，阻尼器的外形共线。

所述摩擦力阻尼器3包括上下两块主压板31，在两块主压板31的内表面均有两个固定摩擦块35，上下相对的固定摩擦块35之间分别设置有一个拉压板33，拉压板33的上下表面均设置有两个滑动摩擦块34，滑动摩擦块34与固定摩擦块35相对应，两个拉压板33之间以恢复力弹簧37连接，两块主压板31之间以预紧力螺栓36和蝶形弹簧32连接施加预紧力，两个拉压板33的外端分别与左斜支撑1和右斜支撑2连接。

与现有技术相比，本发明在不改变榫卯木框架变形特点的前提下，为榫卯木框架提供充足的耗能能力，定量的提高榫卯木框架的初始刚度，适用于各种体型的梁柱结构体系，安装和使用过程中不损坏原有木构件，具有可逆性，装置加工简单，造价低廉，安装方便等优点。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图。

图2是整体结构示意图中a-a截面剖面图。

图3是斜支撑结构示意图，其中(a)是斜支撑的主视图，(b)是斜支撑的俯视图，(c)是斜支撑的侧视图。

图4是摩擦阻尼器的结构示意图。

图中标号：1、左斜支撑；2、右斜支撑；3、摩擦力阻尼器；31、主压板；32、蝶形弹簧；33、纵向拉压板；34、滑动摩擦块；35、固定摩擦块；36、预紧力螺栓；37、恢复力弹簧；4、柱端固定支座；41、弧形钢箍；42、弧形钢箍；5、预紧螺栓；6、固定螺栓；7、连接螺栓；8、橡胶垫；9、滑动轴承；10、圆木柱；11、双叶连接板；12、单叶连接板。

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和图2所示，本发明摩擦力阻尼器-钢支撑加固榫卯节点木框架的结构，包括分别设置于一个圆木柱10底端和另一个圆木柱10顶端的固定支座4，左斜支撑1的左端与底端的固定支座4连接，右斜支撑2的右端与另一柱顶端的固定支座4连接，左斜支撑1和右斜支撑2之间以摩擦力阻尼器3连接，左斜支撑1、右斜支撑2和摩擦力阻尼器3的轴线位于同一直线上，三者共线构成摩擦力阻尼器-钢支撑。

左斜支撑1和右斜支撑2采用实心圆钢管或矩形实心钢管等，摩擦力阻尼器3主体为木质结构。

柱顶端的固定支座4设置在柱顶卯口下方，弧形钢箍41和弧形钢箍42上边缘距卯口下边缘20mm，柱底端的固定支座4设置在础石上顶面的上方，弧形钢箍41和弧形钢箍42下边缘距础石上顶面20mm，柱端固定支座4的具体位置根据钢支撑的连接板的形式以及古建筑木框架的变形程度来具体确定。在确定柱端固定支座4的具体位置时要保证位于木框架内侧的固定螺栓孔的连线通过榫卯节点木框架的对角线。

如图2所示，固定支座4包括弧形钢箍一41和弧形钢箍二42，弧形钢箍一41和弧形钢箍二42的内侧均设置有橡胶垫8，弧形钢箍一41和弧形钢箍二42两端预留螺栓孔，通过固定螺栓6和预紧螺栓5贯穿预留的螺栓孔实现弧形钢箍一41和弧形钢箍二42的连接，其中位于木框架的内侧的固定螺栓6上设置滑动轴承9。

如图3中(a)、(b)、(c)所示，左斜支撑1和右斜支撑2结构相同，一端设置有双叶连接板11，另一端设置有单叶连接板12，双叶连接板11和单叶连接板12均通过在斜支撑上切削而成。左斜支撑1和右斜支撑2的双叶连接板11分别与摩擦力阻尼器3的左端连接板和右端连接板通过连接螺栓7连接，左斜支撑1和右斜支撑2的单叶连接板12分别与相应的固定支座4上的轴承9铰接。

摩擦力阻尼器3为直线型摩擦力阻尼器，即摩擦力阻尼器两端的连接板共线，作动方向共线，阻尼器的外形共线。

摩擦力阻尼器3选用符合权利要求的阻尼器即可，此处以木质摩擦阻尼器为例，参考图4，摩擦力阻尼器3包括上下两块主压板31，在两块主压板31的内表面均有两个固定摩擦块35，上下相对的固定摩擦块35之间分别设置有一个拉压板33，拉压板33的上下表面均设置有两个滑动摩擦块34，滑动摩擦块34与固定摩擦块35相对应，两个拉压板33之间以恢复力弹簧37连接，两块主压板31之间以预紧力螺栓36和蝶形弹簧32连接施加预紧力，两个拉压板33的外端分别与左斜支撑1和右斜支撑2连接。

本发明的加工和安装步骤如下所述：

1、摩擦力阻尼器-钢支撑尺寸的确定和加工：

根据要加固的榫卯节点木框架的有效高度和跨度确定摩擦力阻尼器-钢支撑的整体尺寸；根据榫卯节点木框架的老旧损伤程度确定摩擦阻尼器所需提供的初始刚度，由所需初始刚度通过精确计算得到木质摩擦阻尼器的尺寸；根据榫卯节点木框架的极限位移确定柱端固定支座的具体位置；由上述条件可以精确的确定左右斜支撑的具体尺寸。

根据木框架极限位移时摩擦力阻尼器-钢支撑的最大轴力确定连接螺栓、固定螺栓、预紧螺栓的规格型号，满足螺栓的抗剪强度要求；根据榫卯节点木框架极限位移状态下固定螺栓的剪应力确定柱端固定支座的弧形钢箍的厚度；柱端固定脚支座与木柱之间的橡胶垫的厚度应与弧形钢箍的厚度相当；两个弧形钢箍预紧力螺栓端预留间隙建议为橡胶垫厚度的2-4倍。

根据具体榫卯节点木框架圆木柱的截面尺寸确定弧形钢箍的半径，弧形钢箍的长度应根据滑动轴承的厚度、橡胶垫的厚度以及预紧力螺栓端的预留间隙确定。

柱端固定脚支座的弧形钢板的高度建议取预紧力螺栓直径的6-8倍。

根据已经确定的左右斜撑、弧形钢箍和木质摩擦力阻尼的具体尺寸进行工厂预制；斜支撑和弧形钢箍应采用刚度大延性好的低碳钢，建议采用q235钢。

左右斜支撑的单叶连接板和双叶连接板为型钢切削而成，单叶连接板端部应为弧形，保证钢支撑在柱端固定支座处具有良好的转动能力。

2、摩擦力阻尼器-钢支撑尺寸的安装；

左斜支撑和右斜支撑的双叶连接板与木质摩擦力阻尼器的纵向拉压板通过螺栓固定连接，且三者共线构成摩擦力阻尼器-钢支撑；

左斜支撑和右斜支撑的单叶连接板套装在滑动轴承上，固定螺栓穿过滑动轴承使弧形钢箍的一端固定连接；

预紧螺栓穿过两弧形钢箍另一端预留的螺栓孔施加预紧力使摩擦力阻尼器-钢支撑、柱端固定支座和榫卯节点木框架成为整体共同工作。

本发明的工作原理：

本发明主要用于古建筑木结构加固修缮，当实际用于工程时，可根据既有建筑的柱高、跨度、残损程度装置不同数量和位置的摩擦力阻尼器。该结构在地震作用时，木框架发生平面内变形时带动木柱发生转动，木柱的转动带动固定于柱端的固定支座4产生相对位移进而带动左斜支撑1和右斜支撑2发生绕滑动轴承9的转动，进而带动左斜支撑1和右斜支撑2发生相对位移，且能保证左斜支撑1和右斜支撑2与摩擦阻尼器3共线，摩擦阻尼器3的纵向拉压板33随左斜撑支撑1和右斜支撑2之间的相对位移而发生位移，纵向压板33的运动带动滑动摩擦快34发生相对于固定摩擦块35的滑动，滑动摩擦块34和固定摩擦块35之间通过滑动摩擦吸收输入结构的地震能量，当地震作用结束后，摩擦阻尼器3中的恢复力弹簧37带动纵向拉压板33恢复至初始位置，减小结构的残余变形，具有一定的自复位功能。

本发明有效的解决了木框架初始刚度不足的问题，减轻了榫卯节点耗能的压力，在不改变榫卯节点受力机制的前提下提高了木框架的抗风抗震能力，该加固装置具有造价低廉，安装方便，易于更换的优点。

以上结合附图对本使用新型的实施方式做出详细说明，但本使用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。