一种半主动自复位榫卯节点加固装置及加固方法

1.本发明涉及古建筑木结构抗震加固领域，确切地说是一种半主动自复位榫卯节点加固装置及加固方法。


背景技术：

2.我国木结构古建筑在世界上享有极高声誉，其中榫卯连接是其一大特色。榫卯连接是一种半刚性连接，在地震作用下能够通过通过自身转动和摩擦吸收一部分能量，从而达到减震效果。但是在自然环境、人为损伤及地震作用下榫卯节点也是最容易发生破坏的，主要发生拔榫破坏，严重时可以导致房屋倒塌。因此，榫卯节点加固在木结构古建筑加固领域中至关重要。
3.目前对榫卯节点加固方式主要是金属连接构件加固和纤维复合材料加固。使用金属连接构件对其木结构进行加固,使其抗震性能得到提升,但是在一定程度上对木结构造成了不可恢复的二次损伤,对于后期的维修和更换造成了不便，并影响建筑美观。纤维复合材料加固可以一定程度提高榫卯节点的抗震性能，但会限制节点的转动，加固效果不理想，在实际工程中有一定的局限性。以上加固方式都是依靠结构自身被动耗能，不足以有效应对结构所遭受的不同强度下的地震作用，因此需要有更合理的加固方法以满足抗震要求。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半主动自复位榫卯节点加固装置及加固方法，解决了传统加固方式依靠自身被动耗能和对结构造成的二次破坏等问题，也增强了榫卯节点的抗震性能，并使得加固后的榫卯节点具有应对不同地震力大小时的最优减震效果和自复位能力。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半主动自复位榫卯节点加固装置，包括加固装置和半主动自复位结构；所述的加固装置包括木梁组合套箍和木柱组合套箍，所述的半主动自复位结构设置在木梁组合套箍和木柱组合套箍之间，半主动自复位结构包括形状记忆合条和磁流变减震器，所述的木梁组合套箍和木柱组合套箍均由由拼插模块、连接轴杆、伸出板和连接板组成，形状记忆合条和磁流变减震器两端设有连接结构，形状记忆合条一端通过连接结构连接木梁组合套箍的连接板，形状记忆合条另一端通过连接结构连接木柱组合套箍的连接板，磁流变减震器一端通过连接结构连接木梁组合套箍的伸出板，磁流变减震器另一端通过连接结构连接木柱组合套箍的伸出板。
6.作为优选，本发明更进一步的技术方案是：所述的拼插模块数量为多块，多块拼插模块通过连接轴杆连接，多块拼插模块排列形成环套结构，伸出板和连接板设置在环套两端的结合处，靠近伸出板部分的拼插模块与伸出板和连接板之间为一整体。
7.所述的磁流变减震器由扁头连接头、活塞杆、活塞和磁流变减震器缸体组成。
8.所述的磁流变减振器缸体内存有磁流变液，在活塞上绕有线圈，在磁流变减振器缸体的一端有体积补偿室。
9.所述的连接结构包括对拉螺栓和高强度螺栓，对拉螺栓设置在形状记忆合条的两端，对拉螺栓将形状记忆合条与木梁组合套箍和木柱组合套箍的连接板相连接，连接板的板面上设有螺栓孔，形状记忆合条两端与连接板相应的连接位置也设有螺栓孔，连接板与形状记忆合条两端通过对拉螺栓连接固定，高强度螺栓。
10.所述的高强度螺栓设置在磁流变减震器的两端，磁流变减震器两端设有扁头连接头，高强度螺栓通过扁头连接头将磁流变减震器与木梁组合套箍和木柱组合套箍的伸出板相连接，磁流变减震器的两端扁头连接头与木梁组合套箍和木柱组合套箍伸出板的固定位置要一致，高强度螺栓包括蝶形弹簧垫和螺母，在螺栓贯穿磁流变减震器两端扁头连接头的两端设有蝶形弹簧垫，并通过螺母固定。
11.所述的形状记忆合金条的厚度为-mm，宽度为木梁宽度的.倍。。
12.所述的半主动自复位结构外侧设有保护结构，所述的保护结构为对称钢质雀替板，对称钢质雀替板数量为两块，两块对称钢质雀替板位置对应，两块对称钢质雀替板相互拼合并将形状记忆合金板和磁流变减震器包裹其中。
13.所述的对称钢质雀替板的厚度为木梁宽度的.倍。
14.所述的一种半主动自复位榫卯节点加固装置的加固方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤：固定套箍：通过拼插模块和连接轴杆之间的连接作用将木梁组合套箍和木柱组合套箍分别固定于木梁和木柱上；步骤：连接形状记忆合金条：将形状记忆合条的两端分别通过对拉螺栓与木梁组合套箍和木柱组合套箍的连接板相连接固定，其中形状记忆合条以榫头和卯口的连接点处进行折弯，使之成为l型；步骤：连接磁流变减震器：将磁流变减震器两端扁头连接头分别通过高强度螺栓、蝶形弹簧垫和螺母与木梁组合套箍和木柱组合套箍的伸出板相连接，使得加固装置与木梁、木柱为度；步骤：连接保护结构：将两块对称钢质雀替板相互拼合并将形状记忆合金板和磁流变减震器包裹其中。
15.本发明的有益效果：该半主动自复位榫卯节点加固装置，通过与现有加固装置相比，通过磁流变减振器的阻尼任意时刻可控的特性和形状记忆合金的超弹性性能；以此来增强榫卯节点应对不同地震力大小时的最优减震效果和自复位能力。
16.该半主动自复位榫卯节点加固装置，各部件间可拆卸、可更换，且设计合理，便与后期维修、调整。
17.该半主动自复位榫卯节点加固装置，通过采用磁流变减振器具有振动控制特性，可以通过传感器、控制系统输出的电流信号实现减振器的出力特性调节，可以对榫卯节点的不同状态进行实时的、有效的调节，以达到最优的振动控制效果。
18.该半主动自复位榫卯节点加固装置及加固方法沿用古建筑木结构的特色，能够对古建筑外貌实现修旧如旧的功效。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为本发明的结构局部示意图。
21.图3为本发明图2的a部分机构示意图图4为本发明的立柱套箍示意图。
22.图5为本发明的横梁套箍示意图。
23.图6为本发明的形状记忆合金条示意图。
24.图7为本发明的磁流变减震器示意图。
25.图8为本发明操作流程图附图标记说明：1、木梁组合套箍；2、木柱组合套箍；3、拼插模块；4、连接轴杆；5、伸出板；6、连接板；7、形状记忆合金条；8、磁流变减震器；801、扁头连接头；802、活塞杆；803、活塞；804、磁流变减震器缸体；9、钢质雀替板；10、对拉螺栓；11、高强度螺栓；1101、蝶形弹簧垫；1102、螺母；12、木柱；13、木梁；14、榫头；15、卯口。
具体实施方式
26.下面结合实施例，进一步说明本发明。
27.具体实施例1：如图1至图7所示，一种半主动自复位榫卯节点加固装置，包括木梁组合套箍1、木柱组合套箍2、形状记忆合条7、磁流变减震器8和两块对称钢质雀替板9，所述的木梁组合套箍1和木柱组合套箍2都由拼插模块3、连接轴杆4、伸出板5和连接板6组成，形状记忆合条7两端分别通过对拉螺栓10与木梁组合套箍1和木柱组合套箍2的连接板相连接；磁流变减震器8两端扁头连接头801分别通过高强度螺栓11与木梁组合套箍1和木柱组合套箍2的伸出板5相连接；两块对称钢质雀替板9相互拼合并将形状记忆合金板7和磁流变减震器8包裹其中。
28.靠近伸出板5部分的拼插模块与伸出板5和连接板6之间为一整体，连接板6的板面上设有螺栓孔，形状记忆合条7两端与连接板6相应的连接位置也设有螺栓孔，连接板6与形状记忆合条7两端通过对拉螺栓10连接固定。
29.磁流变减震器8由扁头连接头801、活塞杆802、活塞803和磁流变减震器缸体804组成。
30.磁流变减振器缸体804内存有磁流变液，在活塞803上绕有线圈，在磁流变减振器缸体804的一端有体积补偿室。在榫头和卯口处布设两个加速度传感器，传感器采集到的榫头和卯口的加速度数据信号通过控制器处理计算得到控制电流信号，将所需电流实时的施加到活塞线圈上，通过调节电流的大小来改变缸体内磁流变液的阻尼特性，实现磁流变减振器出力的调节。从而达到最优的振动控制效果。
31.高强度螺栓11包括蝶形弹簧垫1101和螺母1102，在螺栓11贯穿磁流变减震器8两端扁头连接头801的两端设有蝶形弹簧垫1101，并通过螺母1102固定。
32.磁流变减震器8的两端端头在木梁组合套箍1和木柱组合套箍2伸出板5的固定位置要一致，以保证减震效果最大化。
33.形状记忆合金条7的厚度为5-8mm，宽度为木梁宽度的0.5倍。
34.两块对称钢质雀替板9的厚度为木梁宽度的0.9倍。
35.具体实施例2：参考图8，一种半主动自复位榫卯节点加固装置的方法，包括以下步骤：1）通过拼插模块3和连接轴杆4之间的连接作用将木梁组合套箍1和木柱组合套箍2分别固定于木梁和木柱上；2）将形状记忆合条7的两端分别通过对拉螺栓10与木梁组合套箍1和木柱组合套箍2的连接板相连接固定，其中形状记忆合条7以榫头和卯口的连接点处进行折弯，使之成为l型；3）将磁流变减震器8两端扁头连接头801分别通过高强度螺栓11、蝶形弹簧垫1101和螺母1102与木梁组合套箍1和木柱组合套箍2的伸出板5相连接，使得加固装置与木梁、木柱为45度；4）最后将两块对称钢质雀替板9相互拼合并将形状记忆合金板7和磁流变减震器8包裹其中。
36.由于以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。