一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在所述木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有两条弧形条状合金片，在所述榫卯节点处的木柱与木梁外侧壁上连接有两条条状合金片，并通过木螺丝分别贯穿弧形条状合金片和条状合金片，且嵌入木柱与木梁中固定。本结构在构件位移较大情况下通过合金条能够达到自复位效果，在外力作用下(如地震等)榫卯节点处产生由水平推力产生的弯矩、剪力或偏心荷载产生的扭矩可由合金弧条通过拉力进行能量消耗，保证结构平面内的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构
本技术涉及一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，属于古建筑木结构加固修缮领域。适合传统木结构古建筑榫卯节点加固修缮需求。
技术介绍
中国古建筑是中华文明的重要组成部分，其主要建造工艺之榫卯连接则是不需一钉一铁依靠多种榫头形式与卯口的搭架满足房屋各处结构承载及功能使用的需求，榫卯节点为典型的半刚性连接，从而使得各节点刚柔相济，具有一定的抗弯能力及良好的抗震性能。然而由于外界因素作用(地震、台风、环境温湿度等)和木材自身缺陷等原因，在榫卯节点部位发生挤压变形后，榫和卯均出现不同程度的残余变形，这就使得榫卯节点逐渐变得松动、榫和卯之间空隙加大，更甚者出现折榫破坏及卯口破坏等现象。因此寻求针对木结构的合理加固方法无疑是一件有意义的事情。传统木结构榫卯节点的加固方式很多，主要有U型铁箍加固、L型铁箍加固、外包扁钢加固、扒钉加固等。这些加固方式均采用屈服点较高的普通钢材，由于采用的钢材为普通钢材，这些既有加固方式在限制榫卯间相对位移时产生一定的耗能能力，但其加固方式产生的残余变形大，且不能达到结构自复位的效果，在长期荷载作用下，不能保证建筑的自身结构稳定和美观性能。此外，在遭遇平行于木构架方向上的地震作用时，榫卯节点将发生平面内的弯曲，极易造成榫头折断而产生平面内的永久变形。
技术实现思路
针对以上
技术介绍
存在的缺陷或不足，本技术的目的在于提供一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，以加固古建筑大木构架榫卯节点平面内稳定，解决现有榫卯节点加固方式中装置无法自复位的问题，同时约束榫卯节点受到的竖向荷载产生的弯矩、剪力，大幅度提高了节点的耗能性能。本技术的目的是通过下述技术方案来实现的。作为本技术的一种实施方式，一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，在所述木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有两条弧形条状合金片，在所述榫卯节点处的木柱与木梁外侧壁上连接有两条条状合金片，并通过木螺丝分别贯穿弧形条状合金片和条状合金片，且嵌入木柱与木梁中固定。优选地，所述弧形条状合金片为1/4圆弧状结构，其两端分别与木柱和木梁相切，且弧形条状合金片分别与木柱和木梁的轴线平行。优选地，所述条状合金片为直线型条状的板，在条状板的端部向外倾斜转角4度。优选地，所述条状合金片的一端连接在木梁外侧壁上，另一端连接在木柱外侧壁上，且条状合金片与木梁的轴线平行，其两端部在木柱和木梁表面贴合。优选地，所述弧形条状合金片与木柱和木梁表面相接段为1/10圆弧，弧形条状合金片边缘线与木柱和木梁边线距离为30mm。优选地，所述条状合金片与木柱和木梁相接段长度为20mm，条状合金片边缘线木梁边线距离为60mm。优选地，所述弧形条状合金片和条状合金片两端设有至少各有两个木螺丝的穿孔，穿孔沿弧形条状合金片和条状合金片横向均布。优选地，所述弧形条状合金片和条状合金片采用镍钛材质。与现有技术相比，本技术采用形状记忆合金加固古建筑木结构榫卯节点。形状记忆合金中的镍钛合金应用和制备技术较成熟，其性能也较好，包括形状记忆效应、超弹性、阻尼特性、耐蚀耐磨特性。若构件残余变形较大，合金条的拉应力超过其弹性极限，而在动荷载消失后，利用其相变伪弹性(超弹性)可以一定程度达到自复位效果。其阻尼特性，在外力作用下(如地震等)榫卯节点处产生由弯矩或剪力引起的反复竖向力，可由上下合金弧条通过弯曲抵抗力(拉力)进行动荷载的衰减。同时，装置的前后合金条能提供水平前后向的抗弯抗剪耗能能力，四条合金条一定程度上消耗沿梁方向可能发生的拔榫产生的拉力等。其装置针对榫卯节点大多的破坏形式都有一定的抵抗和耗能作用。且该装置造型美观似开放的花朵具有观赏性，同时形状简易也便于安装，具有良好的经济和社会效益。附图说明图1是本技术的效果图；图2是本技术的主视图；图3是本技术的俯视图；图4是本技术的上SMA条示意图；图5是本技术的前SMA条示意图。图中的附图标记分别表示：1、木柱；2、木梁；3、上弧形条状合金片；4、下弧形条状合金片；5、前条状合金片；6、后条状合金片；7、木螺丝。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。图1给出了一种新型榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构的效果图，图2给出了一种新型弧形条状合金片、条状合金片的主视图，图3给出了一种新型弧形条状合金片、条状合金片的俯视图，图4和图5分别是本技术的构件示意图。该结构包括木柱1，及通过榫卯节点连接木柱1与木梁2构成的木构架，其中：在木构架的木柱1与木梁2垂直相交的内侧壁上连接有两条弧形条状合金片，在榫卯节点处的木柱1与木梁2外侧壁上连接有两条条状合金片，并通过木螺丝7分别贯穿弧形条状合金片和条状合金片，且嵌入木柱与木梁中固定。如图2、图5所示，弧形条状合金片为1/4圆弧状结构，其两端分别与木柱和木梁相切，且弧形条状合金片分别与木柱和木梁的轴线平行。如图3、图4所示，条状合金片为直线型条状的板，在条状板的端部向外倾斜转角4度。条状合金片的一端连接在木梁外侧壁上，另一端连接在木柱外侧壁上，且条状合金片与木梁的轴线平行，其两端部在木柱和木梁表面贴合。下面给出一个具体实施例来进一步说明本结构。本次实验装置的榫卯节点连接的木架结构模型为木柱为R＝210mm，h＝1000mm的圆柱，及横梁截面为120mm×180mm的矩形。榫卯节点分别通过两条弧形条状合金片(以下简称SMA条)、两条条状合金片(以下简称SMA条)连接，SMA条均采用镍钛SMA条，其宽度为60mm，长度约300～800mm，厚度为3～5mm。SMA条在梁上、下、前、后各平行分布有一条，合金条的中线位置与梁四个面的横向中线位置相同，即上下弧形条状合金片边缘线与木柱和木梁边线距离为30mm；前后条状合金片边缘线木梁边线距离为60mm。连接垂直相交的木柱和木梁的弧形条状合金片，与木梁切点为榫卯节点向梁横向中点方向约300mm处；与木柱上下切点为上下面节点处分别沿柱远端方向300mm，即上下SMA条弧形形状为R＝300的1/4圆弧。SMA条与柱所得各切点以后，上下合金条沿柱向及梁向分别平行延长1/10圆弧。连接榫卯节点处的木柱与木梁外侧壁的条状合金片，木柱的前后SMA条为自横梁水平向外偏角4度，长为350mm的直线型。SMA条与木柱所得各切点以后，条状合金片与木柱和木梁相接段长度为20mm。上弧形条状合金片3、下弧形条状合金片4、前条状合金片5，后条状合金片6的边缘分别与木梁2表面平行，各SMA条中线与木梁各面中线重合。SMA条与木柱1贴合部分的切点处分别布有两个贯穿木螺丝7的穿孔，SMA条通过木螺丝7分别嵌入木柱1中进行加固连接。木螺丝7的最大外径为5～8mm。上SMA条、下SMA条的两个木螺丝均并列布置在合金条圆弧与木柱的切点处，前SMA条、后SMA条木螺丝固定在延长段距末端约2/5位置处。每处两个木螺丝均并列布置，其位置分别在合金条横向1/4和3/4处。在横梁2方向上四条SMA条均有20mm与横梁2贴合。以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，其特征在于：在所述木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有两条弧形条状合金片，在所述榫卯节点处的木柱与木梁外侧壁上连接有两条条状合金片，并通过木螺丝分别贯穿弧形条状合金片和条状合金片，且嵌入木柱与木梁中固定。

【技术特征摘要】
1.一种榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，包括木柱，及通过榫卯节点连接木柱与木梁构成的木构架，其特征在于：在所述木构架的木柱与木梁垂直相交的内侧壁上连接有两条弧形条状合金片，在所述榫卯节点处的木柱与木梁外侧壁上连接有两条条状合金片，并通过木螺丝分别贯穿弧形条状合金片和条状合金片，且嵌入木柱与木梁中固定。2.根据权利要求1所述的榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，其特征在于：所述弧形条状合金片为1/4圆弧状结构，其两端分别与木柱和木梁相切，且弧形条状合金片分别与木柱和木梁的轴线平行。3.根据权利要求1所述的榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，其特征在于：所述条状合金片为直线型条状的板，在条状板的端部向外倾斜转角4度。4.根据权利要求3所述的榫卯节点三维形状记忆合金加固的自复位结构，其特征在于：所述条状合金片的一端连接在木梁外侧壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴莹莹，张锡成，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61