木梁的弹性抗震装置及其安装方法

摘要

本发明公开了木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁（1）下方的若干层木板（2），至少两个U型卡箍（3）紧密固定所述木梁（1）和木板（2），所述U型卡箍（3）的开口（4）朝下，所述开口（4）处设置有对拉螺栓孔，对拉螺栓（5）贯穿所述对拉螺栓孔后两端均由螺母（6）固定；所述U型卡箍（3）的上端面设置有至少两个通孔，所述木梁（1）与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓（7）间隙配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中。本发明还公开了木梁的弹性抗震装置的安装方法。本发明可对无损伤、无裂缝的、或弯曲变形量较小的、或将要发生断裂的木梁进行环保式、符合木屋自我减震式的高效修复。

权利要求

1.木梁的弹性抗震装置，其特征在于：包括设置于木梁（1）下方的若干层木板（2），U型卡箍（3）紧密固定所述木梁（1）和木板（2），所述U型卡箍（3）的开口（4）朝下，所述U型卡箍（3）的下端面向所述木板（2）中部延伸并形成横撑（9），两个所述横撑（9）上均设置有通孔，所述木板（2）与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓（7）过盈配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中，所述U型卡箍（3）的上端面套有辊筒（10）。

2.根据权利要求1所述的木梁的弹性抗震装置，其特征在于：所述U型卡箍（3）的上端面形状为圆柱形，所述辊筒（10）与所述U型卡箍（3）的间隙量为0.05 0.1mm；所述辊筒（10）的~材质为高强度合金钢；所述过盈配合的过盈量为0.1 0.2mm；所述定位孔的孔深为30 35mm。

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3.根据权利要求1 2任一项所述的木梁的弹性抗震装置的安装方法，其特征在于：包括~以下步骤：

S01，测定所述木梁（1）的长、宽、高；

S02，加工所述木板（2），要求所述木板（2）表面平整，厚度一致，将所述木板（2）表面涂饰至少三遍桐油，晾至桐油完全被所述木板（2）吸收；

S03，预制所述U型卡箍（3）上的所述辊筒（10），并将所述辊筒（10）套于所述U型卡箍（3）的上端面；再预制所述U型卡箍（3）上的所述通孔，所述通孔的孔位位于所述U型卡箍（3）表面宽度居中位置；

S04，在所述木梁（1）上安装所述U型卡箍（3），先将所述U型卡箍（3）放置于所述木梁（1）预设点并将所述横撑（9）水平折弯，将全部层的所述木板（2）依次插入所述U型卡箍（3）内侧，直至贴紧所述木梁（1）下表面，然后用绳子将所述木板（2）和所述木梁（1）捆绑在一起，要求两者紧贴，无缝隙；

S05，通过所述通孔定位所述木板（2）下端面上的预制的所述定位孔的孔位，标注记号后钻孔，所述定位孔的孔深为30 35mm，然后放置所述U型卡箍（3）使所述通孔与所述定位孔~对齐后，将所述定位栓（7）过盈配合式放入相对应的所述通孔和所述定位孔内；最后解除绳索，至此安装完成。

说明书

木梁的弹性抗震装置及其安装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种木梁的弹性抗震装置及其安装方法，属于木建筑环保修复技术领域。

背景技术

[0002] 木结构房屋享有“会呼吸的房屋”的美誉，因其能自动调节湿度，当湿度大时木屋能自动吸潮，干燥时又会从自身的细胞中释放水分，从而起到天然调节的作用。木结构房屋是集绿色环保、健康、居住舒适、安全、贴近自然、使用寿命长和设计风格独具个性等诸多优势于一身的健康型住宅。

[0003] 人类使用木结构房屋在全世界已经有几千年历史，中国的大量古建筑(如亭、台、楼、阁、轩、塔、榭、屋、斗拱)也采用木结构，现代也产生了大量的木结构房屋，现有的木结构房屋均通过使用木梁和屋顶以进一步保证结构的稳定性。尤其是木梁，为木结构房屋的结构梁，用于屋顶的主要支撑，木梁在木屋中的作用突出，但由于木梁受到环境温、湿度变化的长期影响及木材本身的缺陷，木梁中若出现了开裂或即将断裂等现象，使得木梁的承载力降低，进而影响整个木结构房屋的安全，因此对木梁进行加固非常必要。

[0004] 现有的木梁加固方式有加铁箍加固，加铁箍加固为在木梁的表面进行铁件环箍处理来修复木梁，该方法对木梁的修复有一定效果，可避免木梁的进一步开裂，但是铁箍在加固时，无法抵消或吸收木梁受到的瞬间冲击的载荷，也无法恢复木梁由于周期性疲劳破坏造成木梁的弯曲变形现象，即铁箍无法使木梁在受到外力冲击时产生减震减弯，抗震抗弯以及使木梁恢复其原始状态的作用。并且铁箍容易锈蚀，锈蚀后的加固效果会大大削弱。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种木梁的弹性抗震装置，该装置一方面，对于瞬间冲击载荷和周期性疲劳破坏造成木梁的弯曲变形现象，可通过层板的变形所产生的弹力和层板间的摩擦力，抵消和吸收一部分能量，进而延长其破坏过程的屈服时长；另一方面，提高木梁的弹性变形能力，当破坏载荷不足以使木梁达到塑性屈服阶段时，这种装置能够使木梁恢复其原始状态。

[0006] 同时，本发明提供一种木梁的弹性抗震装置的安装方法，该安装方法可行性强，可对无损伤、无裂缝的、或弯曲变形量较小的、或将要发生断裂的木梁进行环保式、符合木屋自我减震式的高效修复。

[0007] 同时，本发明还提供另一种结构的木梁的弹性抗震装置及其安装方法，同样能够解决上述技术问题。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0009] 木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁下方的若干层木板，至少两个U型卡箍紧密固定所述木梁和木板，所述U型卡箍的开口朝下，所述开口处设置有对拉螺栓孔，对拉螺栓贯穿所述对拉螺栓孔后两端均由螺母固定；所述U型卡箍的上端面设置有至少两个通孔，所述木梁与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓间隙配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中，所述U型卡箍的上端面与所述木梁的上端面之间设置有楔形塞。

[0010] 所述楔形塞的底面和斜面上等距布满若干条形齿槽，所述条形齿槽上的齿槽方向与所述楔形塞的厚度增加方向相同。

[0011] 所述对拉螺栓两侧超出所述木板的宽度部分带有螺纹，所述对拉螺栓的中间部分无螺纹，且所述对拉螺栓表面镀锌。

[0012] 所述间隙配合的间隙量为0.1～0.2mm。

[0013] 所述木板包括实木锯板、多层胶合板和竹集成板中的一种或几种，所述木板的宽度与所述木梁宽度一致；所述木梁包括实木锯材、层板胶合木、平行木片胶合木、旋切板胶合木、胶合木或定向刨花木。

[0014] 所述U型卡箍、定位栓和楔形塞均为钢制。

[0015] 上述的木梁的弹性抗震装置的安装方法，包括以下步骤：

[0016] S01，测定所述木梁的长、宽、高；

[0017] S02，加工所述木板，要求所述木板表面平整，厚度一致，将所述木板表面涂饰至少三遍桐油，晾至桐油完全被所述木板吸收；

[0018] S03，预制所述U型卡箍上的所述通孔和所述对拉螺栓孔，所述通孔和所述对拉螺栓孔的孔位均位于所述U型卡箍表面宽度居中位置；

[0019] S04，在所述木梁上安装所述U型卡箍，先将所述U型卡箍放置于所述木梁预设点，通过所述通孔定位所述木梁上端面上的预制的所述定位孔的孔位，标注记号后钻孔，所述定位孔的孔深为30～35mm，然后放置所述U型卡箍使所述通孔与所述定位孔对齐后，将所述定位栓间隙配合式放入相对应的所述通孔和所述定位孔内；

[0020] S05，将全部层的所述木板横向对齐后由下至上插入所述U型卡箍内侧，直至贴紧所述木梁下表面，然后用绳子将所述木板和所述木梁捆绑在一起，要求两者紧贴，无缝隙；

[0021] S06，将所述对拉螺栓慢慢插入所述对拉螺栓孔中，两边由所述螺母锁紧；

[0022] S07，在所述U型卡箍与所述木梁上端面贴合处，对称敲入预制的所述楔形塞，使所述对拉螺栓与最底层的所述木板紧密贴合后，解除绳索，至此安装完成。

[0023] 本发明同时公开了另外一种木梁的弹性抗震装置的结构，具体内容如下：木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁下方的若干层木板，U型卡箍紧密固定所述木梁和木板，所述U型卡箍的开口(4)朝下，所述U型卡箍的下端面向所述木板中部延伸并形成横撑，两个所述横撑上均设置有通孔，所述木板与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓过盈配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中，所述U型卡箍的上端面套有辊筒。

[0024] 所述U型卡箍的上端面形状为圆柱形，所述辊筒与所述U型卡箍的间隙量为0.05～0.1mm；所述辊筒的材质为高强度合金钢；所述过盈配合的过盈量为0.1～0.2mm；所述定位孔的孔深为30～35mm。

[0025] 上述的木梁的弹性抗震装置的安装方法，包括以下步骤：

[0026] S01，测定所述木梁的长、宽、高；

[0027] S02，加工所述木板，要求所述木板表面平整，厚度一致，将所述木板表面涂饰至少三遍桐油，晾至桐油完全被所述木板吸收；

[0028] S03，预制所述U型卡箍上的所述辊筒，并将所述辊筒套于所述U型卡箍的上端面；再预制所述U型卡箍上的所述通孔，所述通孔的孔位位于所述U型卡箍表面宽度居中位置；

[0029] S04，在所述木梁上安装所述U型卡箍，先将所述U型卡箍放置于所述木梁预设点并将所述横撑水平折弯，将全部层的所述木板依次插入所述U型卡箍内侧，直至贴紧所述木梁下表面，然后用绳子将所述木板和所述木梁捆绑在一起，要求两者紧贴，无缝隙；

[0030] S05，通过所述通孔定位所述木板下端面上的预制的所述定位孔的孔位，标注记号后钻孔，所述定位孔的孔深为30～35mm，然后放置所述U型卡箍使所述通孔与所述定位孔对齐后，将所述定位栓过盈配合式放入相对应的所述通孔和所述定位孔内；最后解除绳索，至此安装完成。

[0031] 本发明具有如下有益效果：

[0032] (1)、本发明不采用胶合方式，层板之间以摩擦力替代胶合力，对于瞬间冲击载荷和周期性疲劳破坏造成木梁的弯曲变形现象，可通过层板的变形所产生的弹力和层板间的摩擦力，能够抵消和吸收较大的能量，同时能产生一定的变形而不致破坏，进而延长其破坏过程的屈服时长，使得木梁在受到小震下结构处于弹性状态；中震时，结构可能损坏，但经修理即可继续使用；大震时，结构可能有些破坏，但不致倒塌或危及生命安全。

[0033] (2)、本发明的U型卡箍可作为单独构件使用，灵活安装，拆卸方便，可用于后期补偿加固。

[0034] (3)、本发明的U型卡箍等构件均为钢制，不会发生锈蚀，能够始终保持良好的加固效果。

[0035] (4)、本发明中的木板设置多层，位于中间的多层木板之间均可单独受力变形，当木梁受到瞬间冲击载荷时，各层可自由活动的木板逐层发生变形以及伸展运动，伸展运动带来木板与木板之间的运动摩擦力，在瞬间冲击载荷增大时，木板间伸展运动所产生的摩擦力也同时增大，故各层木板将瞬间冲击载荷一部分转化成层板间的摩擦力，从而减小木梁所受到的载荷冲击，这种层板的变形所产生的弹力和层板间的摩擦力，抵消和吸收一部分冲击载荷的能量，从而进一步大大减小木梁所受到的载荷冲击。

[0036] (5)、同时，本发明利用定位栓将U型卡箍限位，避免U型卡箍在木梁和木板形变过程中导致的U型卡箍逐渐向中间位移，位移后使相邻两个U型卡箍作用力过近，木梁的弯距变小，剪切力变大，无法起到木梁的自我减震式高效修复。

[0037] (6)、本发明中，钻孔时，定位孔为圆孔，而不是撕裂形成的螺纹孔，圆孔受力均匀，尤其是间隙配合的定位孔，定位栓只要放入定位孔内即可，不仅便于维修维护，也符合木梁的自我调节机制。

[0038] (6)、本发明中，各层板的弹力变形，可提高木梁的弹性变形能力，当破坏载荷不足以使木梁达到塑性屈服阶段时，这种装置能够使木梁恢复其原始状态，从而使本发明具有减震减弯，抗震抗弯以及使木梁恢复其原始状态的作用。

附图说明

[0039] 图1为本发明实施例1的结构示意图；

[0040] 图2为图1的俯视图；

[0041] 图3为本发明实施例1中的楔形塞的结构示意图；

[0042] 图4为图1的截面图；

[0043] 图5本发明实施例2的结构示意图；

[0044] 图6为图5的俯视图；

[0045] 图7为图5的仰视图；

[0046] 图8为本发明实施例3的结构示意图；

[0047] 图9为图8的截面图。

具体实施方式

[0048] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0049] 实施例1

[0050] 如图1所示，木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁1下方的若干层木板2，木板2至少为两层，使用两个U型卡箍3紧密固定所述木梁1和木板2的两端，所述U型卡箍3的开口4朝下，即在木梁1上端面和侧面安装U型卡箍3，所述开口4处设置有对拉螺栓孔，对拉螺栓5贯穿所述对拉螺栓孔后两端均由螺母6固定；对拉螺栓孔的开孔位置根据全部层的木板2的厚度与木梁1的厚度之和来预制，两个U型卡箍3沿所述木板2长度方向按实际距离设置；U型卡箍3内侧宽度与所述木梁1宽度相等，U型卡箍3侧面高度超出全部层木板的下端面，U型卡箍3的内壁紧贴木梁1与木板2表面。

[0051] 本实施例不采用胶合方式，木板2之间以摩擦力替代胶合力，对于瞬间冲击载荷和周期性疲劳破坏造成木梁的弯曲变形现象，可通过木板2的变形所产生的弹力和木板2间的摩擦力，能够抵消和吸收较大的能量，同时能产生一定的变形而不致破坏，进而延长其破坏过程的屈服时长，使得木梁在受到小震下结构处于弹性状态；中震时，结构可能损坏，但经修理即可继续使用；大震时，结构可能有些破坏，但不致倒塌或危及生命安全。故可充分利用木梁1和木板2的本身的材料特性。

[0052] 如图2，图4所示，所述U型卡箍3的上端面设置有至少两个通孔，所述木梁1与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓7间隙配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中，所述间隙配合的间隙量为0.1～0.2mm。

[0053] 本实施例中，对定位孔钻孔时，定位孔为圆孔，而不是撕裂形成的螺纹孔，圆孔受力均匀，尤其是本实施例中间隙配合的定位孔，定位栓只要放入定位孔内即可，不仅便于维修维护，也符合木梁1的自我调节机制。

[0054] 如图3所示，所述U型卡箍3的上端面与所述木梁1的上端面之间设置有楔形塞8。

[0055] 所述楔形塞8的底面和斜面上等距布满若干条形齿槽，所述条形齿槽上的齿槽方向与所述楔形塞8的厚度增加方向相同。

[0056] 所述对拉螺栓5两侧超出所述木板2的宽度部分带有螺纹，所述对拉螺栓5的中间部分无螺纹，且所述对拉螺栓5表面镀锌。

[0057] 所述木板2包括实木锯板、多层胶合板和竹集成板中的一种或几种，所述木板2的宽度与所述木梁1宽度一致；所述木梁1包括实木锯材、层板胶合木、平行木片胶合木、旋切板胶合木、胶合木或定向刨花木。上述木板2的材质均韧性较好。

[0058] 所述U型卡箍3、定位栓7和楔形塞8均为钢制，从而不会发生锈蚀，能够始终保持良好的加固效果。

[0059] 本实施例的U型卡箍3可作为单独构件使用，灵活安装，拆卸方便，可用于后期补偿加固。

[0060] 木梁的弹性抗震装置的安装方法，包括以下步骤：

[0061] S01，测定所述木梁1的长、宽、高；根据测量结果选择合适的装置方案；

[0062] S02，加工所述木板2，要求所述木板2表面平整，厚度一致，将所述木板2表面涂饰至少三遍桐油，晾至桐油完全被所述木板2吸收；

[0063] S03，预制所述U型卡箍3上的所述通孔和所述对拉螺栓孔，所述通孔和所述对拉螺栓孔的孔位均位于所述U型卡箍3表面宽度居中位置；

[0064] S04，在所述木梁1上安装所述U型卡箍3，先将所述U型卡箍3放置于所述木梁1预设点，通过所述通孔定位所述木梁1上端面上的预制的所述定位孔的孔位，标注记号后钻孔，所述定位孔的孔深为30～35mm，然后放置所述U型卡箍3使所述通孔与所述定位孔对齐后，将所述定位栓7间隙配合式放入相对应的所述通孔和所述定位孔内；

[0065] S05，将全部层的所述木板2横向对齐后由下至上插入所述U型卡箍3内侧，直至贴紧所述木梁1下表面，然后用绳子将所述木板2和所述木梁1捆绑在一起，要求两者紧贴，无缝隙；

[0066] S06，将所述对拉螺栓5慢慢插入所述对拉螺栓孔中，两边由所述螺母6锁紧；

[0067] S07，在所述U型卡箍3与所述木梁1上端面贴合处，对称敲入预制的所述楔形塞8，使所述对拉螺栓5与最底层的所述木板2紧密贴合后，解除绳索，至此安装完成。

[0068] 本实施例中的木板2设置多层，位于中间的多层木板2间均可单独受力变形，当木梁1受到瞬间冲击载荷时，各层可自由活动的木板2逐层发生变形以及伸展运动，伸展运动带来木板2与木板2之间的运动摩擦力，在瞬间冲击载荷增大时，木板2间伸展运动所产生的摩擦力也同时增大，故各层木板2将瞬间冲击载荷一部分转化成层板间的摩擦力，从而减小木梁1所受到的载荷冲击，这种层板的变形所产生的弹力和层板间的摩擦力，抵消和吸收一部分冲击载荷的能量，从而进一步大大减小木梁1所受到的载荷冲击。

[0069] 同时，本实施例利用定位栓7将U型卡箍3限位，避免U型卡箍3在木梁1和木板2形变过程中导致的U型卡箍3逐渐向中间位移，位移后使相邻两个U型卡箍3作用力过近，木梁1的弯距变小，剪切力变大，无法起到木梁1的自我减震式高效修复。

[0070] 本实施例中，各层木板2的弹力变形，可提高木梁1的弹性变形能力，当破坏载荷不足以使木梁1达到塑性屈服阶段时，这种装置能够使木梁1恢复其原始状态，从而使本实施例具有减震减弯，抗震抗弯以及使木梁1恢复其原始状态的作用。

[0071] 实施例2

[0072] 如图5～图7所示，木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁1下方的若干层等长的木板2，木板2至少为两层，U型卡箍3紧密固定所述木梁1和木板2，所述U型卡箍3的开口4朝下，即在木梁1上端面和侧面安装U型卡箍3，所述U型卡箍3的下端面向所述木板2中部延伸并形成横撑9，两个所述横撑9上均设置有通孔，所述木板2与所述通孔的对应位置处设置有定位孔，定位栓7过盈配合式位于相对应的所述通孔和所述定位孔中，所述过盈配合的过盈量为0.1～0.2mm。所述U型卡箍3的上端面套有辊筒10。两个U型卡箍3沿所述木板2长度方向按实际距离设置；U型卡箍3内侧宽度与所述木梁1宽度相等，U型卡箍3的内壁紧贴木梁1与木板2表面，U型卡箍3的侧面长度根据全部层的木板2的厚度与木梁1的厚度之和来预制。

[0073] 所述U型卡箍3的上端面形状为圆柱形，所述辊筒10与所述U型卡箍3的间隙量为0.05～0.1mm。

[0074] 所述辊筒10的材质为高强度合金钢。

[0075] 高强度合金钢包括含Nb微合金化钢、Nb-V和Nb-Ti复合微合金钢。

[0076] 所述定位孔的孔深为30～35mm。

[0077] 木梁的弹性抗震装置的安装方法，包括以下步骤：

[0078] S01，测定所述木梁1的长、宽、高；

[0079] S02，加工所述木板2，要求所述木板2表面平整，厚度一致，将所述木板2表面涂饰至少三遍桐油，晾至桐油完全被所述木板2吸收；

[0080] S03，预制所述U型卡箍3上的所述辊筒10，并将所述辊筒10套于所述U型卡箍3的上端面；再预制所述U型卡箍3上的所述通孔，所述通孔的孔位位于所述U型卡箍3表面宽度居中位置；

[0081] S04，在所述木梁1上安装所述U型卡箍3，先将所述U型卡箍3放置于所述木梁1预设点并将所述横撑9水平折弯，将全部层的所述木板2依次插入所述U型卡箍3内侧，直至贴紧所述木梁1下表面，然后用绳子将所述木板2和所述木梁1捆绑在一起，要求两者紧贴，无缝隙；

[0082] S05，通过所述通孔定位所述木板2下端面上的预制的所述定位孔的孔位，标注记号后钻孔，所述定位孔的孔深为30～35mm，然后放置所述U型卡箍3使所述通孔与所述定位孔对齐后，将所述定位栓7过盈配合式放入相对应的所述通孔和所述定位孔内；最后解除绳索，至此安装完成。

[0083] 本实施例对木板2进行开孔定位，无需对木梁1进行开孔，在冲击和振动荷载作用下，木梁1变形弯曲，作为非约束件的辊筒10能够朝弯曲中心自由滚动，使木板2自由变形而不至于被外力撕裂破坏；当载荷消失时，辊筒10在木梁1和木板2多重内力的作用下能够沿远离弯曲中心两侧方向自由滚动，使木梁1和木板2恢复至加载前状态。辊筒10作为缓冲件的增设，进一度提高了木梁的抗震减震、抗弯减弯以及自恢复功能。

[0084] 实施例3

[0085] 如图8～9所示，本实施例与实施例2的区别仅在于：木梁的弹性抗震装置，包括设置于木梁1下方的若干层呈鱼腹状排列的长度不等的木板2，木板2至少为三层，U型卡箍3紧密固定所述木梁1和木板2。U型卡箍3的个数至少为3个。

[0086] 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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。