一种古建筑木柱加固装置

1.本实用新型涉及古建筑修复领域，尤其涉及一种古建筑木柱加固装置。


背景技术：

2.古建筑木柱是承担结构的竖向荷载主要构件，历经悠久岁月，柱身会出现不同程度的糟朽、开裂，减小了木柱的有效截面，降低了承载能力，极易出现木柱折断或歪闪的情况，对古建筑造成不可逆转的损失，选用适宜的加固技术对古建筑修缮工作有重要意义。
3.传统加固方法主要有钢板约束法、粘贴纤维布法、缠绕加固法、混凝土-砖柱围套木柱加固法、平头墩接加固法等。其中钢板约束法的约束效果较差,用钢量较多,且施工难度较大；粘贴纤维布法,只有当构件变形到一定程度后才能发挥作用,加固效果不够理想；缠绕加固法对纤维布施加预应力可以充分利用其强度优势，但对木柱承载力的加强幅度不够，预应力过大容易破坏原本残损的构件，并且纤维复合材料的力学性能受大气环境、光照等因素的影响较大，耐疲劳性能较差；混凝土-砖柱围套木柱加固法能够大幅度加强木柱的承载能力，但与古建筑加固保护原则相违背，不能大范围应用；平头墩接加固法中使用的构件不易获取，对木柱承载力提高有限，并且防火性能差。
4.传统加固方法对木柱提供的承载力有限，未充分利用完好木柱的部分进行支撑加固，并且也未考虑防火措施。因此设计一种能大幅度提高木柱刚度、承载能力，同时又能极大程度遵循古建筑保护原则以及具备防火的加固方法极为重要。


技术实现要素：

5.本实用新型设计了一种古建筑木柱加固装置，大幅度地提高了木柱的刚度与承载能力，同时遵循古建筑保护原则。
6.一种古建筑木柱加固装置，包括：加固件、套箍及设于木柱外侧的防护层；木柱外侧开设有凹槽，沿凹槽设有加固件；加固件外侧设有防护层，防护层外侧套设有套箍。
7.在需要加固的木柱外表面开设凹槽，将适配凹槽尺寸的加固件安设于凹槽，环绕加固件和木柱外侧设有防护层，在防护层外侧套有套箍。加固件设于凹槽不仅增强了木柱的刚度，而且最小程度地减小了对木柱的损坏；在加固件外侧设有防护层可以有效防止外界环境对木柱修复部位的影响，同时具有防火能力；套箍将防护层和加固件紧固为一体，既提高了木柱的支承能力，又真实美观地展现了古建筑木柱。
8.进一步地，上述凹槽沿木柱轴向开设，且凹槽由木柱的腐朽段延伸至木柱的稳固段。
9.从木柱的腐朽段开设一定深度和宽度的凹槽，延伸至木柱稳固段一定长度，加固件嵌装在凹槽内，将稳固段木柱和腐朽段木柱连接为一体，提高了木柱的刚度和抗弯折能力。
10.进一步地，上述套箍内壁粗糙，环绕稳固段套设。
11.内壁粗糙的套箍套，增大了套箍与防护层的摩擦力，使套箍能紧固在防护层上，套
箍不会滑动松脱；环绕稳固段套设不会损坏腐朽段的木柱，同时受力段更可靠。
12.进一步地，上述加固件包含长边以及与长边连接的短边，长边嵌装在凹槽内，短边贴设在木柱的外壁并与木柱外壁相切。
13.进一步地，上述长边的尺寸与凹槽的尺寸相适配。
14.加固件的长边边长、边宽与边厚与凹槽的尺寸相适配，便于加固件的安装；当木柱受压时，加固件构件会代替木柱中腐朽部分成为主要的轴向受力体系，减少了木柱腐朽部分的受力，有效提升了木柱的承载能力。
15.进一步地，上述防护层通过胶粘剂粘附在木柱及加固件的外表面。
16.防护层要求本身具有强度高、密度小和防火性能，这些性能对抵御外部环境对木柱构件的侵蚀有良好的作用，通过胶粘剂粘附在木柱及加固件外表面不仅能增加木柱的延性，而且可以使木柱和加固件减少侵蚀力度。
17.本实用新型具有以下有益效果：
18.(1)加固件、套箍和防护层共同加固木柱，有效提高了木柱承载能力及抗弯折性能，发挥了加固材料各自的性能优势；
19.(2)采用复合加固方式，组装方便，部件加工简单，易于拆除，满足古建筑木结构加固修缮的可逆性及可识别性原则；
20.(3)该技术在保护木柱中腐朽部分的同时，满足古建筑木结构加固修缮的不改变文物原状及最小干预原则。
附图说明
21.图1为本实用新型装置加固木柱后的立体图；
22.图2为本实用新型中木柱腐朽段开设有凹槽的立体图；
23.图3为本实用新型中嵌装有加固件的腐朽段木柱立体图；
24.图4为本实用新型中嵌装有加固件的腐朽段木柱横剖视图；
25.图5为本实用新型中的加固件立体图。
26.图中：1-木柱；12-腐朽段；13-稳固段；2-凹槽；3-加固件；31-长边；32-短边；4-防护层；5-套箍；6-胶粘剂。
具体实施方式
27.以下结合附图与具体实施例，对本实用新型做进一步的详细说明。
28.实施例
29.参考图1至图4，本实用新型提供了一种古建筑木柱加固装置，包括：加固件3、套箍5及设于木柱1外侧的防护层4。
30.木柱1包括腐朽段12与稳固段13，沿着木柱1中部的腐朽段12开设6个长33mm、宽5mm、深21mm的凹槽2，延伸至稳固段13，6个凹槽2沿木柱1圆周均匀分布，在稳固段13的凹槽2长度达到15cm及以上。
31.优选的，凹槽2的形状为矩形槽，矩形槽与角钢充分接触，使角钢不容易松脱，同时开槽过程简单便捷。
32.优选的，加固件3选取不等边角钢。选取6根长边31尺寸为32mm*20mm*4mm的不等边
角钢，将角钢长边31嵌装至6个已开设好的凹槽2内，角钢短边32与木柱1外表面圆周相切。角钢具有良好的抗拉强度和抗变形能力，在木柱1的弹性承载阶段，通过自身变形耗能代替木柱1耗能能力，从而保证了木柱1整体的耗能，在一定程度上避免了木柱1自身的破坏。不等边角钢短边除了为平面，还可以设计为曲面，与木柱1外表面贴合连接，曲面边不仅可以保护木柱1减少外界侵蚀，而且套箍5可以套接的更牢固。
33.优选的，防护层4选用碳纤维布。取一定长度与宽度的碳纤维布，其大小形状完全贴合已嵌入角钢的木柱1的外表面，环绕木柱1缠绕固定，碳纤维布内侧附有胶粘剂6；碳纤维布具有轻质高强、耐腐蚀、防火性能好及便于加工使用等优点。在稳固段13的碳纤维布外表面套设套箍5，套箍5紧固角钢与碳纤维布。碳纤维布受益于套箍5与木柱1间的紧固挤压附加机械锚固作用，粘结效果增强，避免了剥离破坏，提高了碳纤维布的利用效率，使碳纤维布的材料强度充分发挥。
34.优选的，套箍5为内壁粗糙的钢带，在接口处设有可调节松紧的螺栓孔，可根据木柱1的直径进行调节套箍5的大小。
35.优选的，胶粘剂6选取环氧树脂胶，环氧树脂胶无色透明，不会覆盖木柱1的原本颜色。
36.相比于传统嵌入式加固的大体积挖除原有木料再填入新木料，本实用新型只需进行小体积的开槽，能够极大程度地保留原木结构，而且有效提高了木柱承载能力及抗弯折性能，整个加固保护过程简单，便于施工，同时满足可逆修复和不改变文物原状的原则。
37.本实用新型装置的使用步骤：
38.步骤一：对需要加固木柱1的直径和加固长度进行测量，根据木柱1的直径制作大小合适的套箍5，并设计凹槽2的尺寸参数；
39.步骤二：根据凹槽2的设计尺寸参数制作与之相适配的不等边加固件3；
40.步骤三：根据设计的尺寸参数开设凹槽2；
41.步骤四：将制作好的不等边加固件3一边嵌装进凹槽2内，一边与木柱1相切；
42.步骤五：切取宽度与木柱1加固长度一致的防护层4，加工后的形状与镶有加固件3的木柱1相贴合，在防护层4内侧敷有胶粘剂6；
43.步骤六：将防护层4贴在镶有加固件3的木柱1外表面，使用制作好的套箍5套设在防护层4外侧并紧固。
44.以上所述仅为本实用新型的较优实施例，该实施例不代表本实用新型的所有可能形式，本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本实用新型的保护范围内。