[实用新型]一种采用超塑性合金的隐蔽式斗栱耗能加固装置

说明书

本实用新型公开了一种采用超塑性合金的隐蔽式斗栱耗能加固装置，包括由方形的斗、升、栱、翘、昂组成的斗栱，斗栱的上部连接梁，斗拱的下部设斗拱底部，斗拱底部设有斗栱加固装置，斗栱加固装置通过分别穿入斗栱底部洞口和普拍枋上表面的凹槽内的合金榫连接斗拱和普拍枋。该斗栱体系能够正常进行摩擦和变形耗能，同时利用铸造合金榫的超塑性形变进行耗能，增强斗栱体系的承载能力和减震性能。具有安装方便、使用灵活、耐久性强、加固隐蔽、易自复位、耗散能量大的优点。

技术领域

本实用新型涉及一种以超塑性形变耗能为主、以摩擦耗能为辅助的斗栱耗能加固装置，属于古建筑木结构、现代木结构钢结构等建造加固修缮领域。适用于采用斗栱构件的中国古典建筑。

背景技术

我国古建筑结构历史悠久，从古代皇宫建筑，庙宇殿堂，到居民住宅，大量采用古建筑木结构形式；同时分布地域广泛，几乎遍及全国，很多木结构建筑经过了数百年甚至上千年的历史，是中华文明的重要组成部分，包含丰富的历史文化内涵。我国有很多历经了几百年甚至上千年的古建筑，这些古建筑由于建造年代比较久远，同时由于木材本身特点，很多结构亟待维修及加固。

在殿堂建筑中，通常在柱头上放置铺作(宋代叫法，清代称其为斗栱)，称为柱头铺作。斗栱，是中国建筑上特有的构件，是由方形的斗、升、栱、翘、昂组成。是较大建筑物的柱与屋顶间之过渡部份。是古建筑木结构重要的抗震构件。其功用在于通过斗栱体系的挤压变形和摩擦滑移，耗散地震作用传递给建筑结构的能量，起到减震作用。一般上，非常重要或带纪念性的建筑物，才有斗栱的安置。

古建筑木结构主要通过铺作(即斗栱)层及梁柱榫卯节点间的挤压变形进行能量的消耗。由于木材有变形后难以恢复的缺点，所以古建筑木结构的抗震性能会随着时间及地震次数的增加而降低，严重影响建筑的使用寿命。

通过研究地震过程中斗栱体系的破坏形式，观察到斗栱与普拍枋交汇处的木榫出现断裂，古建筑木结构倒塌后普拍枋端部开卯口处产生很大豁口，斗和栱基本完好无损，主要破坏集中在斗底的暗梢上，主要发生略有歪闪或者挤压变形，由于普拍枋及栌斗的滑移产生的挤压力，栌斗底部的木榫产生了挤压塑性变形，个别栌斗底部的木榫的纵向纤维被剪断，造成了斗栱体系的破环，进而导致了木结构的倒塌。暗梢是斗栱的关键减震部件。但是，由于木材的物理力学缺陷，其耗能能力有限，仅依靠尺寸有限的木暗梢来抵抗地震是非常局限的。

对于古代木结构建筑，为了保护其蕴含的历史、文物、艺术和科学价值，维修加固时不能大量的替换新材,且加固时应采用隐蔽式的加固方式，不影响古建筑原有的外观。对于采用斗栱构件的中国古典建筑而言，其薄弱位置为斗栱底部的木榫，一般通过替换木榫材料就可以有效提高斗栱体系的承载能力和减震能力，进而提高木结构的承载和抗震能力。由于木榫的位置本身具有隐蔽性，所以通过替换木榫材料的加固方法同样具有隐蔽性，不影响建筑原有的外观。

斗栱通过替换木榫加固斗栱体系一般可选用的材料是金属材料。可选用的金属材料主要包括，高强钢材等高强度材料或超弹合金等超弹性材料。采用高强钢材等高强度材料虽然可以利用其塑性变形极大的消耗地震产生的能量，但是经试验后发现其易在主震过程中产生较大的残余变形甚至发生断裂破坏，致使斗栱体系不能正常工作。采用超弹合金同样可以利用其塑性变形耗散地震能量，且由于其具有超弹性，在地震作用下不易发生断裂，在多次地震中可以保证斗栱体系正常工作，但是在斗栱一次摆动循环下，耗散的能量比相应状态下高强钢材少很多。

斗栱底部的木榫如何改良成为了保证斗栱体系正常工作和提高古建筑木结构抗震能力的关键。

与此同时，也需要对斗栱底部和普拍枋的开口处进行特殊处理，防止在合金榫正常工作过程中，合金榫与斗栱底部和普拍枋的开口处发生挤压变形，斗栱和普拍枋开口处形成豁口，致使合金榫滑出，斗栱体系破坏。

实用新型内容