一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法

1.本发明涉及一种古建筑保护技术领域，具体是一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法。


背景技术：

2.中国古代建筑以其独特的文化艺术特色及结构形式著称于世，在我国现存的古建筑中，木结构建筑占有最大的比例。这些古建筑木结构大多会使用斗栱结构。但木结构由于距今已过于久远，导致结构容易开裂、老化，承载力大幅度下降，结构整体性较差，斗栱的重要构件破坏容易引起整个斗栱结构的连续倒塌，从而造成整体木结构的连续倒塌破坏，存在较高的安全隐患，因此需要保护修缮。
3.传统的古建筑保护方法是加钉法、螺栓加固法、加铁箍法、拉杆法、附加梁板法、加位板法、附加断面法等，这些传统加固方法容易导致构件产生新的破坏。目前的古建筑保护方法是外贴各类纤维布或钢板等进行加固修缮，但这些加固方法容易破坏古建筑的传统风貌。且以上方法没有通过构件重要性分析，无法找出斗栱的重要性构件并对这些重要构件进行有针对的保护，效率低下。此外传统的构件重要性计算方法包括生死单元法、能量流网格法等，适用于混凝土框架或砌体结构构件的脆性失效形式，而对传统木构中各向异性非匀质的木材的塑性损伤并不适用。为此我们提出一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法，所述斗栱隐蔽式加固方法包括以下步骤：
7.步骤一：对斗栱进行构件重要性分析，优选出斗栱重要构件；
8.步骤二：利用三维七向混杂纤维筋对斗栱重要构件进行加工。
9.优选地，所述步骤一斗栱构件重要性分析过程具体为：
10.1)建立模型，计算结构整体应变能u0；
11.2)建模各个构件i，逐个降低构件i的弹性模量至原本的0.0001％，计算此时结构应变能uif；
12.3)计算构件降低构件i弹性模量对结构整体广义刚度的改变率
13.4)以ii作为各斗栱各构件重要性的评价指标输出。
14.优选地，所述步骤二中斗栱重要构件加工过程具体为：
15.1)使用开槽机在斗栱重要构件表面开设木槽，木槽沿斗栱重要构件的全长布置延
伸；
16.2)利用三维编织机制备三维七向混杂纤维筋；
17.3)将三维七向混杂纤维筋置入木槽内，并将其固定在木槽内；
18.4)在木槽内注入结构胶，使得三维七向混杂纤维筋和斗栱重要构件粘接在一起；
19.5)在槽口表面采用木屑环氧胶泥进行涂抹处理，使得外观效果与木材本色一致。
20.优选地，所述斗栱重要构件通过将构件按评价指标进行排序和分级来确定，重要性在前5％的构件评为ⅰ级；前5％到20％的构件评为ⅱ级；前20％到50％的构件评为20％的构件评为ⅲ级；后50％的构件评为ⅳ级，ⅰ级和ⅱ级构件为关键构件。
21.优选地，所述三维七向混杂纤维筋的编织纱、轴纱和六向纱为玻璃纤维，七向纱采用芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维。
22.优选地，所述三维七向混杂纤维筋的尺寸、纱线原料、编织结构、编织角、花节长度和宽度、纤维体积含量、基体种类、纤维束细度和纤维分散度根据步骤一、斗栱重要构件顺纹方向拉压强度和混杂纤维筋屈服强度按最不利截面受力平衡确定。
23.优选地，所述三维七向混杂纤维筋编制时，将用于编织的纱线分为两组，其中编织纱、轴纱为机器底盘上携纱器所携带，六向纱、七向纱在空中沿携纱器行与行以及携纱器列与列之间一根根喂入，在同一平面上，来回穿梭所有行与列，主体携纱器在机器底盘上按预定的截面形态排列成方阵形式，挂编织纱线携纱器的运动由沿行和列的交替运动组成，携纱器每运动一步后，沿携纱器行向和列向喂入六向纱和七向纱。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
25.1.本发明中三维七向混杂纤维筋是一种新型的纺织复合材料，具有多向纤维构成的空间精细网状结构，其整体性好、力学结构合理，具有高的层间强度和抗冲击损伤能力，可以显著提升斗栱的竖向和水平承载性能，从而增加斗栱的安全性和耐久性；
26.2.本发明斗栱隐蔽式加固方法采用构件重要性分析和评级找到斗栱结构中重要的构件，从而进行定向加固，可提高加固的效率，减少不必要的材料损耗；
27.3.本发明斗栱隐蔽式加固方法是隐蔽式的，可降低传统加固方式对外观造成的影响，起到对斗栱原真性加固的功效。
28.4.本发明斗栱隐蔽式加固方法构造简单，施工方便，便于工程推广，具有良好的应用前景。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明斗栱隐蔽式加固方法流程图；
31.图2是本发明中木槽的断面结构示意图；
32.图3是本发明中三维七向混杂纤维筋的结构示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1至图3所示，一种基于三维七向混杂纤维筋的斗栱隐蔽式加固方法，斗栱隐蔽式加固方法进行过程中涉及的物件包括斗栱重要构件1、三维七向混杂纤维筋2、开槽机和结构胶3；
35.通过梁杆单元将斗栱有限元模型简化建模，斗栱的构件重要性分析是通过逐一降低斗栱各构件的弹性模量，计算结构广义刚度损失率来表征斗栱各构件对整体结构变形能的影响程度并作为构件重要性评价指标。
36.斗拱构件重要性分析包括以下步骤：
37.1.1：建立模型，计算结构整体应变能u0；
38.1.2：建模各个构件i，逐个降低构件i的弹性模量至原本的0.0001％，计算此时结构应变能
39.1.3：计算构件降低构件i弹性模量对结构整体广义刚度的改变率
40.1.4：以ii作为各斗栱各构件重要性的评价指标输出。
41.对斗栱的重要构件采用三维七向混杂纤维筋进行加固。
42.首先，使用开槽机在斗栱重要构件1表面开设木槽，木槽沿构件的全长布置延伸，即木槽的长度等于斗栱重要构件1的长度。开槽后对木槽内的残余木屑进行清理，保持木槽内整洁。利用三维编织机制备三维七向混杂纤维筋2。将三维七向混杂纤维筋2置入木槽内。在木槽内注入结构胶3，然后进行一段时间的养护，以使混杂纤维筋2紧密连接斗栱重要构件1，最后在槽口表面采用木屑环氧胶泥进行涂抹处理，使得外观效果与木材本色一致，达到隐蔽加固的效果。
43.斗栱重要构件通过将构件按评价指标进行排序和分级来确定。
44.按构件重要性评价指标排序后，重要性在前5％的构件评为ⅰ级；前5％到20％的构件评为ⅱ级；前20％到50％的构件评为20％的构件评为ⅲ级；后50％的构件评为ⅳ级，ⅰ级和ⅱ级构件为关键构件。
45.三维七向混杂纤维筋2的编织纱201、202、203、204、轴纱205和六向纱206为玻璃纤维，七向纱207采用芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维。
46.用三维编织机制备三维七向混杂纤维筋2时，将用于编织的纱线分为两组，其中一组纱线(编织纱、轴纱)为机器底盘上携纱器所携带，另一组纱线(六向纱、七向纱)在空中沿携纱器行与行以及携纱器列与列之间一根根喂入，在同一平面上，来回穿梭所有行与列。类似于机织物中纬纱的喂入。主体携纱器在机器底盘上按预定的截面形态排列成方阵形式，挂编织纱线携纱器的运动由沿行和列的交替运动组成，携纱器每运动一步后，沿携纱器行向和列向喂入六向纱和七向纱。
47.三维七向混杂纤维筋2的尺寸、纱线原料、编织结构、编织角、花节长度和宽度、纤维体积含量、基体种类、纤维束细度和纤维分散度等参数可根据构件重要性分析、斗栱重要
构件顺纹方向拉压强度和混杂纤维筋屈服强度按最不利截面受力平衡确定。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。