古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，包括箱体、地撑、圆形承台、由立臂和横臂组成的机械臂、线位移放大装置、设于箱体内部的电动卷扬机、辅助千斤顶、动力千斤顶、万向节和可变抱箍。本发明通过带有比例分压阀的液压泵站和大行程千斤顶组成的顶撑系统及由电动卷扬机、钢绞线和线位移放大装置组成的张拉系统对古建筑歪闪木构架分别进行张拉和顶撑复位操作，顶撑系统与待修复的木构件之间过万向节及可变抱箍来有效改善力的传导状况，实现纠偏力系的转向，大幅减少纠偏中次应力的产生，提高了柱头的受力性能，同时也是对柱头的一种保护，防止纠偏中力系直接作用在柱头造成应力集中而产生二次损伤。
【专利说明】古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种古建筑结构修复装置，尤其是古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置。
【背景技术】
[0002]木构古建筑在我国建筑发展历程中占有绝对的主流和支配地位，体现了我国古建筑和文化的核心内涵。但是由于年代久远，历经材料退化以及地震、腐蚀等外部作用，构件不可避免地产生损伤变形，歪闪变形成为了木构架古建筑的主要病害，结构的安全性受到了威胁。自建于宋辽时期的应县木塔至明清时期的故宫殿堂，大都存在不同程度的歪闪现象。所以将倾斜歪闪的构件重新拨正归位是古建筑修缮加固的重要工作之一。传统的“打牮拨正”是一种“强拉硬顶”的强制措施，缺乏对纠偏扶正过程的控制，具有一定的破坏性，对可能的突发情况缺少应对措施，极易在施工中对木构架造成二次损伤甚至发生倒塌事故，这对保护古建筑及其文化是极为不利的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为克服目前古建筑歪闪木构架采用“打牮拨正”易导致二次损伤从而破坏古建筑的缺点。
[0004]为实现以上目的，本发明的技术方案如下:
提供一种古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，包括箱体、地撑、圆形承台、由立臂和横臂组成的机械臂、线位移放大装置、设于箱体内部的电动卷扬机、辅助千斤顶、动力千斤顶、万向节和可变抱箍；箱体内部设有为辅助千斤顶和动力千斤顶提供顶撑动力的带有比例分压阀的液压泵站，比例分压阀输入端通过输油管连接到液压泵站，比例分压阀有三个输出端，每个输出端均可以独立启闭且同一时间只能有一个输出端开启，其中一个输出端通过输油管连接到辅助千斤顶的油缸，第二个输出端通过输油管连接到动力千斤顶的油缸；箱体四周与平放于地面的地撑进行刚性连接，圆形承台安装于箱体上表面并设有回转支承，回转支承连接到电机使其可在水平面内全角度转动；机械臂由实腹式型钢焊制而成，立臂固定在圆形承台上，横臂一端与立臂相铰接，辅助千斤顶活塞顶端与横臂下表面铰接，在辅助千斤顶顶撑作用下横臂能在竖向平面内自由转动；线位移放大装置安装在横臂上表面，线位移放大装置由角钢框架及依次排列于角钢框架内的弹簧、动滑轮组和定滑轮组构成，钢绞线依次绕行于定滑轮与动滑轮并从动滑轮引出后连接到电动卷扬机；横臂另一端与横臂同轴线安装动力千斤顶，动力千斤顶活塞顶端连接到万向节一端，万向节另一端连接可变抱箍。
[0005]所述箱体一侧还可连接一根刚性曲杆，刚性曲杆另一端具有可变抱箍，刚性曲杆下表面连接到顶升千斤顶的活塞，所述比例分压阀的第三个输出端通过输油管连接到顶升千斤顶的油缸。刚性曲杆作为辅助构件使用，可变抱箍与柱脚相连，在顶升千斤顶作用下，利用杠杆原理抬升柱脚，以便于处理发生不均匀沉降的地基。[0006]所述可变抱箍由两个相同的半圆形钢构件通过螺栓连接而成。
[0007]所述动滑轮组移动距离为a时，所述钢绞线将移动7a的距离。
[0008]所述万向节由两个相同的万向节叉通过刚性十字节连接而成。
[0009]本发明通过带有比例分压阀的液压泵站和大行程千斤顶(动力千斤顶、辅助千斤顶和顶升千斤顶)组成的顶撑系统及由电动卷扬机、钢绞线和线位移放大装置组成的张拉系统对古建筑歪闪木构架分别进行张拉和顶撑复位操作，顶撑系统与待修复的木构件之间过万向节及可变抱箍来有效改善力的传导状况，实现纠偏力系的转向，大幅减少纠偏中次应力的产生，提高了柱头的受力性能，同时也是对柱头的一种保护，防止纠偏中力系直接作用在柱头造成应力集中而产生二次损伤。能够实现纠偏进程的精细化控制，可大幅减少古木结构纠偏实施过程带来的二次损伤，避免超限回复带来的危害。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1本发明使用示意图；
图2本发明装置与柱头的连接示意图；
图3本发明结构示意图；
图4横臂结构示意图；
图5张拉线位移放大装置结构示意图；
图6滑轮组位移放大原理示意图；
图7可变抱植结构意图；
图8刚性曲杆正视图；
图9刚性曲杆俯视图；
图10万向节构造分解图；
图11万向节连接可变抱箍和动力千斤顶示意图；
图12.液压泵站工作原理框图。
[0011]图中:1.箱体；2.地撑；3.圆形承台；4.立臂；5.横臂；6.线位移放大装置；61.角钢框架；62.弹簧；63.动滑轮组；64.定滑轮组；7.电动卷扬机；8.辅助千斤顶；9.动力千斤顶；10.万向节；101.万向节叉；102.刚性十字节；11.可变抱箍；111.半圆形钢构件；112螺栓；12.刚性曲杆；121.刚性杆；13.顶升千斤顶；14.歪闪木柱；15.液压泵站；16.钢绞线。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图3所示，箱体I内设置电动卷扬机7和带有比例分压阀的液压泵站15，箱体I四周设置地撑2，地撑2与箱体I之间采用刚性连接，防止本发明所述装置在进行张拉顶撑操作时由于反力过大发生倾覆。箱体I上部安装圆形承台3，圆形承台3底部设有回转支承，圆形承台3能在水平面内实现全角度的转动，由与之连接的电机提供动力，方便施工过程中对纠偏复位方向的调节。机械臂(立臂4和横臂5)由实腹式型钢焊制而成，立臂4固定在圆形承台3上，横臂5 —端与立臂4相铰接，辅助千斤顶8的活塞顶端与横臂5下表面铰接，能在竖向平面内自由转动，由辅助千斤顶8提供动力改变仰角。横臂5另一端与横臂5同轴线安装动力千斤顶9，动力千斤顶9的活塞顶端连接到万向节10 —端，万向节10另一端连接可变抱箍11。
[0013]如图10所示，万向节10由两个相同的万向节叉101通过刚性十字节102连接而成；如图7所示，可变抱箍11由两个相同的半圆形钢构件111通过螺栓112连接而成。如图11所示，万向节10 —端通过螺栓与动力千斤顶9连接，另一端通过螺栓与可变抱箍11连接。万向节10是一种刚性万向节，可以实现变角度动力传递，改变传动轴线方向的位置，实现纠偏力系的转向，大幅减少纠偏中次应力的产生。对于直径相差不大的一类柱子可以采用相同的可变抱箍11，如图2所示，操作时，可变抱箍11套装在歪闪木柱14上。对于方形柱可以在楔入适当大小的木块后使用可变抱箍11。可变抱箍11包裹歪闪木柱14的柱头对柱头形成环向约束作用，提高了柱头的受力性能，同时也是对柱头的一种保护，防止纠偏中力系直接作用在柱头造成应力集中而产生二次损伤。
[0014]如图4所示，线位移放大装置6安装在横臂5上表面，如图5所示，线位移放大装置6由角钢框架61及依次排列于角钢框架61内的弹簧62、动滑轮组63和定滑轮组64构成，钢绞线16依次绕行于定滑轮与动滑轮并从动滑轮引出后连接到电动卷扬机7 ;电动卷扬机7提供张拉动力，线位移放大装置6在提高纠偏精度的同时节省了纠偏所需的张拉力，可以大幅降低电动卷扬机7的工作荷载。线位移放大装置6的核心构成部分是滑轮组，该滑轮组是由三个动滑轮构成的动滑轮组63和三个定滑轮构成的定滑轮组64组成的，如图6所示，由滑轮组省力费距离的特性可知，当动滑轮移动一定行程a时，钢绞线16需被牵引7a的长度。利用滑轮组的这一特性控制张拉线位移，若柱顶水平张拉位移控制值为a，则动滑轮组的行程为a，电动卷扬机7需张拉的钢绞线16的长度为7a，从而可以实现放大线位移值，提高张拉位移控制精度的目的。弹簧62则是为了在张拉操作完成后动滑轮能够自动回位，方便下一次张拉操作而设置的。
[0015]刚性曲杆12作为该装置的辅助构件使用，主要针对柱脚发生不均匀沉降的情况。刚性曲杆12由刚性杆121与可变抱箍11构成，其一端与箱体I铰接，操作时其另一端经由可变抱箍11与柱脚相连，刚性曲杆12下表面连接到顶升千斤顶13的活塞，在顶升千斤顶13的作用下，利用杠杆原理抬升柱脚，以便于处理发生不均匀沉降的地基。
[0016]顶撑系统由带有比例分压阀的液压泵站15和大行程千斤顶(动力千斤顶9、辅助千斤顶8和顶升千斤顶13)组成。液压泵站15为各千斤顶提供动力，比例分压阀输入端通过输油管连接到液压泵站15，比例分压阀有三个输出端，每个输出端均可以独立启闭且同一时间只能有一个输出端开启，其中一个输出端通过输油管连接到辅助千斤顶8的油缸，第二个输出端通过输油管连接到动力千斤顶9的油缸，第三个输出端通过输油管连接到顶升千斤顶13的油缸；比例分压阀通过阀芯的提升或下降实现油道的启闭，辅助液压泵站15对三个千斤顶进行分别控制。启动液压泵站15，液压油通过比例分压阀后经由输油管被输送至各千斤顶，产生顶撑动力。顶撑系统液压泵站15的工作原理如图12所示。为保证施工过程中装置以及操作对象的稳定，三个千斤顶不应同时工作。在操作过程中，应及时启闭比例分压阀确保一个回路处于工作状态时其余回路处于关闭(不通油)状态。在开始施工前应对各千斤顶的工作状况进行调试，保证千斤顶的顶推速度平稳。若速度不平稳，可能是千斤顶内混有空气，应在调试过程中打开千斤顶的排气阀，排除滞留在千斤顶内的空气。调试完毕后应及时调节各千斤顶的行程位置，为后续操作提供便利。[0017]如图1所示，具体进行张拉顶撑复位操作时，一般按以下施工程序进行:
1.纠偏前的准备工作
I)施工前应先落实和完善文物保护措施。宜在文物专家的指导下，对文物、梁、柱及壁画等进行围挡、包裹、遮盖和妥善保护，并设专人监护。对需要临时拆除的结构构件，应先多角度拍照、录相，折除时进行编号、登记、按顺序妥善保存，以利恢复原状。
[0018]2)确定需要待纠偏柱网的几何参数。可以使用全站仪进行柱网的三维定位，准确确定歪闪柱子的几何参数，包括倾斜值、最大倾斜值、沉降值和倾斜角，从而确定柱子顶部水平偏移值Sh1和柱子顶部水平变位设计控制值Sh，柱脚竖向沉降值△ H’和柱脚竖向变位设计控制值ΛΗ。建议取Sh1=L 05SH和ΛΗ=1.05ΛΗ’，以消除木构架回倾的影响。
[0019]3)确定加载步骤和纠倾速率。纠倾速率可以采用位移控制法控制，每一个加载步长不宜设置过大，可以取值Sh/3和ΛΗ/3。在柱顶选定固定的倾斜观测点和张拉顶撑作用点，在柱脚选定抬升作用点和观测点，在纠偏进程中应注意监测其水平变位值和竖向变位值。
[0020]4)张拉顶撑复位装置的安装调试。调试装置，检查各千斤顶和电动卷扬机7是否正常工作，顶撑、张拉速率是否稳定，若有意外情况应在纠偏操作开始前处理完毕。调试完成后即可将装置沿柱网变形较大的方向放置，设好地撑2，防止装置在纠偏过程中因为反力过大而发生倾覆。动力千斤顶9经由万向节10和可变抱箍11连接，可变抱箍11与设定的柱头张拉顶撑点相连接，可变抱箍11固定于歪闪柱头的张拉顶撑点。装置的安装布置如图1所示，装置与柱头的连接方式如图2所示。
[0021]2.装置的操作
在完成装置的调试和安装固定后即可正式进行柱网的纠偏复位。
[0022]I)对不均匀沉降的地基进行处理。
[0023]当木构古建发生基础的不均匀沉降时，仅仅是将柱子扶正难以满足纠偏要求，因此需要首先抬平柱脚。通过刚性曲杆12完成对不均匀沉降的地基进行处理，经由刚性曲杆12上的可变抱箍11与柱脚相连，刚性曲杆12下表面连接到顶升千斤顶13的活塞，在顶升千斤顶13的作用下，按照确定的抬升步长(可以取步长为ΛΗΛ)，利用杠杆原理抬升柱脚，抬升完成后需及时将沉降的柱基垫高，使其标高达到控制值，再缓缓放下柱子，将柱子浮摆在础石上。
[0024]2)对柱顶部变位进行纠偏复位。
[0025]将装置摆放固定后，启动装置，若需要进行顶撑操作则启动液压泵站15，控制动力千斤顶9按照预设的加载步骤进行顶撑操作；若需要进行张拉操作则启动电动卷扬机7控制钢绞线16缓慢进行张拉操作。对于歪闪柱较多的情况，则应该选择从柱顶水平变位设计值最大的柱开始，逐次对各歪闪柱进行纠偏，每次操作按照预设的步长控制。一个操作周期完成后需将柱网放置一段时间使其充分释放残余应力，并采用木楔或临时支撑构件进行加固，然后再进行下一周期的操作。需注意的是，若操作周期过短甚至直接进行一次性复位操作会导致应力集中，极有可能损伤榫卯连接部位，对木构古建造成难以弥补的伤害。按此周期循环操作，直至达到各柱的水平变位设计控制值。
[0026]3.纠偏效果的确认与加固
I)在装置操作完成后即需进行纠偏效果的确认，可以使用全站仪迅速确定各柱的倾斜值，参照纠偏技术规程，检查是否满足规范要求(具体要求见表1纠倾合格标准)，如不满足规范要求则需继续进行纠偏复位操作。
[0027]2)在确认柱网纠偏满足规范要求后须对整个柱网加以固定支撑，防止其受后续修缮操作的影响发生复倾。完成临时加固支撑工作后需放缓工程进度，将柱网放置一段时间，充分释放残余应力。待柱网变形稳定后即可按照施工设计进行整体建筑的修缮加固，将临时拆卸的构件按照原样进行修缮安装，确保符合古建筑修缮的“修旧如旧”原则，最大限度的保留其文化特征。
[0028]表1.纠倾合格标准
【权利要求】
1.一种古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:包括箱体、地撑、圆形承台、由立臂和横臂组成的机械臂、线位移放大装置、设于箱体内部的电动卷扬机、辅助千斤顶、动力千斤顶、万向节和可变抱箍；箱体内部设有为辅助千斤顶和动力千斤顶提供顶撑动力的带有比例分压阀的液压泵站，比例分压阀输入端通过输油管连接到液压泵站，比例分压阀有三个输出端，每个输出端均可以独立启闭且同一时间只能有一个输出端开启，其中一个输出端通过输油管连接到辅助千斤顶的油缸，第二个输出端通过输油管连接到动力千斤顶的油缸；箱体四周与平放于地面的地撑进行刚性连接，圆形承台安装于箱体上表面并设有回转支承，回转支承连接到电机使其可在水平面内全角度转动；机械臂由实腹式型钢焊制而成，立臂固定在圆形承台上，横臂一端与立臂相铰接，辅助千斤顶活塞顶端与横臂下表面铰接，在辅助千斤顶顶撑作用下横臂能在竖向平面内自由转动；线位移放大装置安装在横臂上表面，线位移放大装置由角钢框架及依次排列于角钢框架内的弹簧、动滑轮组和定滑轮组构成，钢绞线依次绕行于定滑轮与动滑轮并从动滑轮引出后连接到电动卷扬机；横臂另一端与横臂同轴线安装动力千斤顶，动力千斤顶活塞顶端连接到万向节一端，万向节另一端连接可变抱箍。
2.根据权利要求1所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述箱体一侧还连接一根刚性曲杆，刚性曲杆另一端具有可变抱箍，刚性曲杆下表面连接到顶升千斤顶的活塞，所述比例分压阀的第三个输出端通过输油管连接到顶升千斤顶的油缸。
3.根据权利要求2所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述可变抱箍由两个相同的半圆形钢构件通过螺栓连接而成。
4.根据权利要求2所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述动滑轮组移动距离为a时，所述钢绞线将移动7a的距离。
5.根据权利要求2所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述万向节由两个相同的万向节叉通过刚性十字节连接而成。
6.根据权利要求1所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述可变抱箍由两个相同的半圆形钢构件通过螺栓连接而成。
7.根据权利要求1所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述动滑轮组移动距离为a时，所述钢绞线将移动7a的距离。
8.根据权利要求1所述的古建筑歪闪木构架张拉顶撑复位装置，其特征在于:所述万向节由两个相同的万向节叉通过刚性十字节连接而成。
【文档编号】E04G23/02GK103982051SQ201410230215
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】李胜才, 曹鹏, 高悦文 申请人:扬州大学