申请/专利权人：西安建筑科技大学

申请日：2019-06-24

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN110173129B

主分类号：E04G23/02

分类号：E04G23/02;E04B1/98;E04H9/02;E04B1/26;E04B1/58

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2019.09.20#实质审查的生效;2019.08.27#公开

摘要：一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，包括连接件Ⅱ和连接件Ⅲ，连接件Ⅱ上端与连接件Ⅰ通过螺栓Ⅰ连接形成固定环绕在木梁的封闭结构，连接件Ⅲ通过螺栓Ⅱ首尾相接形成固定环绕在木柱上的封闭结构，连接件Ⅲ安装于带水平钢板的钢支架上，连接件Ⅱ下端连接矩形钢管的上表面，在钢支架的上表面与矩形钢管的下表面之间设置有粘滞摩擦阻尼器，金属耗能棒从矩形钢管下表贯穿粘滞摩擦阻尼器至钢支架的水平钢板，地震作用下，粘滞摩擦阻尼器各层之间产生相对滑动，带动金属耗能棒产生弯曲变形共同耗能，该装置具有耗能能力强、具有较强的抗侧刚度、构造简单、安装方便、易于更换等优点。

主权项：1.一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，包括连接件Ⅱ4和连接件Ⅲ6，连接件Ⅱ4上端与连接件Ⅰ3通过螺栓Ⅰ10连接形成固定环绕在木梁1的封闭结构，连接件Ⅲ6通过螺栓Ⅱ11首尾相接形成固定环绕在木柱2上的封闭结构，连接件Ⅲ6安装于带水平钢板的钢支架5上，连接件Ⅱ4下端连接矩形钢管7的上表面，在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间设置有粘滞摩擦阻尼器8，金属耗能棒9从矩形钢管7下表贯穿粘滞摩擦阻尼器8至钢支架5的水平钢板；所述钢支架5包括竖向钢板，所述水平钢板连接在弧形钢板的外侧面，呈直角状，水平钢板预留有4个螺栓孔，水平钢板的下方角部焊接有加劲肋51，加劲肋51与竖向钢板的外侧面之间有与连接件Ⅲ6截面尺寸一致的供连接件Ⅲ6穿过的缝隙，连接件Ⅲ6从该缝隙穿过去后，竖向钢板的外侧面与连接件Ⅲ6的一部分内侧面贴合；所述竖向钢板为弧形钢板，与木柱2贴合的面为与木柱2半径相等的圆弧形；所述粘滞摩擦阻尼器8采用强力胶水粘结在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间。

全文数据：一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置技术领域本发明属于古建筑木结构抗震技术领域，特别涉及一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置。背景技术古建筑木结构榫卯节点具有典型的半刚性特点，梁柱在榫卯节点处可以产生一定量相对转动的同时可以承担由上部荷载在两端产生的弯矩，正因如此榫卯节点成为了古建筑木结构中最容易发生破坏的位置，通过对现存古建筑木结构的残损检测及以往试验结果的分析都证明了其正确定性，因此古建筑木结构榫卯节点的加固修缮是目前亟待解决的关键问题。国内外很多学者也对此做过深入的研究，传统榫卯节点加固方法主要有以下几种：增设金属耗能原件、原木替换、植筋、新型材料加固等方法，其中尤以增设耗能原件耗能性能最突出，应用最为广泛。但是这种方法占用空间比较大，往往具有一次性的特点。发明内容为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，该装置能有效的吸收地震输入结构的能量，使榫卯节点承担的荷载保持在较小的范围内，把榫卯节点的破坏转换到该耗能装置上，以便震后修复更换耗能原件。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，包括连接件Ⅱ4和连接件Ⅲ6，连接件Ⅱ4上端与连接件Ⅰ3通过螺栓Ⅰ10连接形成固定环绕在木梁1的封闭结构，连接件Ⅲ6通过螺栓Ⅱ11首尾相接形成固定环绕在木柱2上的封闭结构，连接件Ⅲ6安装于带水平钢板的钢支架5上，连接件Ⅱ4下端连接矩形钢管7的上表面，在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间设置有粘滞摩擦阻尼器8，金属耗能棒9从矩形钢管7下表贯穿粘滞摩擦阻尼器8至钢支架5的水平钢板。所述连接件Ⅰ3和连接件Ⅱ4呈矩形并与木梁1的截面尺寸一致，在连接件Ⅰ3和连接件Ⅱ4连接端的耳板上预留有与螺栓Ⅰ10截面尺寸一致的螺栓孔。所述连接件Ⅲ6呈圆环状，并与木柱2尺寸一致，连接件Ⅲ6端部的耳板上预留有与螺栓Ⅱ11截面尺寸一致的螺栓孔。所述钢支架5包括竖向钢板，所述水平钢板连接在弧形钢板的外侧面，呈直角状，水平钢板预留有4个螺栓孔，水平钢板的下方角部焊接有加劲肋51，加劲肋51与竖向钢板的外侧面之间有与连接件Ⅲ6截面尺寸一致的供连接件Ⅲ6穿过的缝隙，连接件Ⅲ6从该缝隙穿过去后，竖向钢板的外侧面与连接件Ⅲ6的一部分内侧面贴合。所述竖向钢板为弧形钢板，与木柱2贴合的面为与木柱2半径相等的圆弧形。所述粘滞摩擦阻尼器8采用强力胶水粘结在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间。所述矩形钢管7靠近木柱2端与木柱2间预留一定的间隙。通过调节粘滞摩擦阻尼器8的厚度来控制节点的阻尼大小，通过调节金属耗能棒9松紧程度施加不同的预紧力，达到满足不同抗震等级的耗能要求。所述当金属耗能棒9开始发生屈曲时，保证框架梁承担的荷载不得大于其极限承载力的65％。本发明可在连接件Ⅰ3的上方设置有与连接件Ⅱ4下方完全相同的对称结构，即钢支架5、连接件Ⅲ6、矩形钢管7、粘滞摩擦阻尼器8、金属耗能棒9在连接件Ⅰ3的上方和连接件Ⅱ4下方各设置一套。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、地震作用力较小时，该装置能提供一定的抗侧刚度，防止结构发生侧移；当地震力较大时，粘滞阻尼器发生层间位移，从而带动金属耗能杆共发生弯曲变形，实现混合耗能。2、粘滞阻尼器能在地震作用后提供一定的恢复力，是结构恢复至初始位置，消除结构的残余变形。3、该装置尺寸往往较小且安装于框架平面内的角部，占用空间较小，必要时也可以在装置部位做一些装饰物，以免影响结构的使用功能。4、该装置具有可逆性，地震作用下，榫卯节点不会产生过大的变形，破坏一般发生在金属耗能棒上或粘弹性阻尼器上，震后只需要更坏破坏的元件，结构即可重新使用。附图说明图1是本发明的结构示意图。图2是本发明中钢支架的东南轴测图。图3是本发明中钢支架的西北轴测图。图4是本发明的实例1对应结构示意图。图5是本发明的实例2对应结构示意图。图中标号：1、木梁；2、木柱；3、连接件Ⅰ；4、连接件Ⅱ；5、钢支架；51、加劲肋；6、连接件Ⅲ；7、矩形钢管；8、粘滞摩擦阻尼器；9、金属耗能棒；10、连接螺栓Ⅰ；11、连接螺栓Ⅱ。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。实施例1如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括：连接件Ⅰ3、连接件Ⅱ4、钢支架5、连接件Ⅲ6、加劲肋51、矩形钢管7、粘滞摩擦阻尼器8、金属耗能棒9等。连接件Ⅱ4为上开口的矩形框，连接件Ⅰ3为下开口的矩形框，二者开口处均带有耳板，耳板上预留螺栓孔，连接件Ⅱ4穿过位于木梁下侧的矩形钢管7，与连接件Ⅰ3通过螺栓Ⅰ10连接形成封闭矩形框，该封闭矩形框的内截面尺寸与木梁1的截面尺寸一致，木梁1位于该封闭矩形框中，实现固定。其中矩形钢管7靠近木柱2端与木柱2间预留一定的间隙。连接件Ⅲ6为圆环状，与木柱2尺寸一致，连接件Ⅲ6端部有预留螺栓孔的耳板，通过螺栓Ⅱ11首尾相接形成固定环绕在木柱2上的封闭环。连接件Ⅲ6安装于钢支架5上，钢支架5带有水平钢板，连接件Ⅱ4下端连接矩形钢管7的上表面，粘滞摩擦阻尼器8采用强力胶水粘结在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间，水平钢板预留有4个螺栓孔，四个金属耗能棒9从矩形钢管7下表贯穿粘滞摩擦阻尼器8至钢支架5的水平钢板。实施例2如图1、图2、图3、图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，木梁上下两侧均安装有该本发明所述的耗能减震装置；装置与结构的连接方法与实施例1相同。实施例3作为实施例1的优选，在钢支架5中，还包括竖向钢板，水平钢板连接在弧形钢板的外侧面呈直角状，水平钢板的下方角部焊接有加劲肋51，加劲肋51与竖向钢板的外侧面之间有与连接件Ⅲ6截面尺寸一致的供连接件Ⅲ6穿过的缝隙，连接件Ⅲ6从该缝隙穿过去后，竖向钢板的外侧面与连接件Ⅲ6的一部分内侧面贴合。在连接件Ⅲ6为圆环状的情况下，竖向钢板为弧形钢板，与木柱2贴合的面为与木柱2半径相等的圆弧形。本发明应用于实际时，可通过调节粘滞摩擦阻尼器8的厚度来控制节点的阻尼大小，通过调节金属耗能棒9松紧程度施加不同的预紧力，达到满足不同抗震等级的耗能要求。地震作用下，榫卯节点发生拔榫破坏时，木梁1和木柱2发生相对位移，带动用连接件Ⅲ固定于木柱2上的钢支架5和用连接件Ⅰ3、连接件Ⅱ4固定于木梁的矩形钢管7发生相对错动，随着钢支架5和矩形钢管7之间的相对错动粘滞摩擦阻尼器8中各层粘滞橡胶之间产生相对滑动，带动金属耗能棒9产生剪切变形共同耗能；当榫卯节点发生转动破坏时，木梁1和木柱2之间产生转角，带动用连接件Ⅲ固定于木柱2上的钢支架5和用连接件Ⅰ3、连接件Ⅱ4固定于木梁的矩形钢管7发生相对变形，随着钢支架5和矩形钢管7之间的相对转动粘滞摩擦阻尼器8中各层粘滞橡胶之间产生挤压变形，带动金属耗能棒9产生弯曲变形共同耗能；当榫卯节点同时发生拔榫破坏和转动破坏时，钢支架5和矩形钢管7之间发生相对变形，粘滞摩擦阻尼器8中各层粘滞橡胶同时发生挤压变形和相对滑移，带动金属耗能棒9发生剪切弯曲变形共同耗能。要求金属耗能棒9开始发生屈曲时，保证框架梁承担的荷载不得大于其极限承载力的80％。该装置具有耗能能力强、具有较强的抗侧刚度、构造简单、安装方便、易于更换等优点。

权利要求：1.一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，包括连接件Ⅱ4和连接件Ⅲ6，连接件Ⅱ4上端与连接件Ⅰ3通过螺栓Ⅰ10连接形成固定环绕在木梁1的封闭结构，连接件Ⅲ6通过螺栓Ⅱ11首尾相接形成固定环绕在木柱2上的封闭结构，连接件Ⅲ6安装于带水平钢板的钢支架5上，连接件Ⅱ4下端连接矩形钢管7的上表面，在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间设置有粘滞摩擦阻尼器8，金属耗能棒9从矩形钢管7下表贯穿粘滞摩擦阻尼器8至钢支架5的水平钢板。2.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述连接件Ⅰ3和连接件Ⅱ4呈矩形并与木梁1的截面尺寸一致，在连接件Ⅰ3和连接件Ⅱ4连接端的耳板上预留有与螺栓Ⅰ10截面尺寸一致的螺栓孔。3.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述连接件Ⅲ6呈圆环状，并与木柱2尺寸一致，连接件Ⅲ6端部的耳板上预留有与螺栓Ⅱ11截面尺寸一致的螺栓孔。4.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述钢支架5包括竖向钢板，所述水平钢板连接在弧形钢板的外侧面，呈直角状，水平钢板预留有4个螺栓孔，水平钢板的下方角部焊接有加劲肋51，加劲肋51与竖向钢板的外侧面之间有与连接件Ⅲ6截面尺寸一致的供连接件Ⅲ6穿过的缝隙，连接件Ⅲ6从该缝隙穿过去后，竖向钢板的外侧面与连接件Ⅲ6的一部分内侧面贴合。5.根据权利要求4所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述竖向钢板为弧形钢板，与木柱2贴合的面为与木柱2半径相等的圆弧形。6.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述粘滞摩擦阻尼器8采用强力胶水粘结在钢支架5的上表面与矩形钢管7的下表面之间。7.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述矩形钢管7靠近木柱2端与木柱2间预留一定的间隙。8.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，通过调节粘滞摩擦阻尼器8的厚度来控制节点的阻尼大小，通过调节金属耗能棒9松紧程度施加不同的预紧力，达到满足不同抗震等级的耗能要求。9.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，所述当金属耗能棒9开始发生屈曲时，保证框架梁承担的荷载不得大于其极限承载力的65％。10.根据权利要求1所述适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置，其特征在于，在连接件Ⅰ3的上方设置有与连接件Ⅱ4下方完全相同的对称结构。

百度查询： 西安建筑科技大学 一种适用于古建筑木结构榫卯节点的耗能减震装置

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