本實(shí)用新型屬于古建筑木結(jié)構(gòu)加固與修繕保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種穿斗式木結(jié)構(gòu)古建筑柱架耗能加固裝置，適合傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)古建筑抗震加固及修繕需求。

背景技術(shù)：

木結(jié)構(gòu)古建筑是我國古建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，由于建造年代久遠(yuǎn)，加上地震、自然風(fēng)化以及蟲害的影響，絕大多數(shù)都存在著不同程度的殘損或者破壞，主要表現(xiàn)為木材開裂、槽朽、構(gòu)件撓曲變形、節(jié)點(diǎn)拔榫等形式，使得木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)性能退化嚴(yán)重，潛伏極大的結(jié)構(gòu)安全隱患，亟需修繕加固。當(dāng)下木結(jié)構(gòu)古建筑普遍采用的修繕加固方法主要為整體加固以及構(gòu)件加固，其中整體加固方法分為落架大修、支頂拔正、修整加固等；構(gòu)件加固則有墩接加固、嵌補(bǔ)加固、鐵件加固、支頂加固、化學(xué)加固、FRP加固等形式。

相對于構(gòu)件加固，經(jīng)過整體加固修復(fù)后的建筑構(gòu)架抗震性能提升明顯，建筑空間整體性和剛度有較大的提高。在木構(gòu)架變形小，構(gòu)件位移不大的維修工程中，修整加固：即在不揭除瓦頂和不拆動構(gòu)架的情況下，直接對木構(gòu)架進(jìn)行整體加固。就是一種合理且最優(yōu)的加固方式。

而尋找用一種設(shè)計合理且工作穩(wěn)定的修整加固方式，旨在提高柱架體系整體性，減小梁柱相對位移并在結(jié)構(gòu)震動過程中提供抗力以耗散地震能量，成為目前本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。粘滯性阻尼器的使用，可以在不增加結(jié)構(gòu)剛度的情況下，吸收地震能，減小地震效應(yīng)并且不影響結(jié)構(gòu)自身動力參數(shù)，成為解決以上難題的一大切入點(diǎn)。通過粘滯性阻尼器與預(yù)應(yīng)力鋼索的協(xié)同作用，以上亟待解決難題在實(shí)用新型中得以解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對同類加固結(jié)構(gòu)對于整體剛度提升不明顯，且抗位移和抗變形能力提升不高的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種預(yù)應(yīng)力斜拉索-阻尼器柱架加固結(jié)構(gòu)(下文簡稱“預(yù)應(yīng)力斜拉索體系”)，相比于同類加固結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，加固后整體剛度提升明顯，梁柱節(jié)點(diǎn)咬合緊密等優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)適用于穿斗式古建筑的梁柱維修加固，且可成為一種仿古建筑的抗震構(gòu)造有效措施。

本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種穿斗式木結(jié)構(gòu)古建筑柱架耗能加固裝置，包括柱子，及連接柱子的上梁和中梁，在上梁上設(shè)有若干個梁端固定件，在柱子上設(shè)有柱底固定件，上梁上的若干個梁端固定件和柱子上的柱底固定件上分別連接有鋼拉索，各鋼拉索通過若干個節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器連接，各節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器之間連接有線圈彈簧。

進(jìn)一步，上梁上設(shè)有三個梁端固定件，各梁端固定件通過螺釘與上梁連接。

進(jìn)一步，所述梁端固定件和柱底固定件的上端為框型結(jié)構(gòu)，下端為鋼拉索連接板，鋼拉索連接板上設(shè)有貫穿鋼拉索的穿孔；各個梁端固定件通過角鋼相互連接固定。

進(jìn)一步，三個梁端固定件中兩端的梁端固定件為框型結(jié)構(gòu)，中間的梁端固定件和柱底固定件為墊板，鋼絞線貫穿上梁和柱子與墊板連接。

進(jìn)一步，連接上梁中部的梁端固定件的鋼拉索上套有預(yù)應(yīng)力套筒，連接上梁兩端的梁端固定件的鋼拉索上進(jìn)一步套有粘滯性阻尼器。

進(jìn)一步，所述節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器為一個開有偏心孔的連接件，偏心孔的四周分布有連接線圈彈簧開孔、連接梁端固定件開孔和連接柱底固定件開孔，其中，連接梁端固定件開孔有兩個，其間距大于其中一個梁端固定件開孔與連接線圈彈簧開孔之間的距離。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于：

1.利用穿斗式建筑較密的立柱和穿組成的封閉空間布置本預(yù)應(yīng)力斜拉索體系。

2.索結(jié)構(gòu)是由一系列高強(qiáng)度鋼索組成的一種張力結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)受力合理，用料經(jīng)濟(jì)，通過預(yù)應(yīng)力的施加，可提高鋼索的受拉能力。同時其施工便捷，所需設(shè)施簡單，易于操作。本裝置利用其受力合理，傳力簡單的特點(diǎn)擬采用圓鋼(或鋼絞線)作為基本傳力和施加預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。

3.應(yīng)用粘滯阻尼器與線圈彈簧耗能：粘滯性阻尼器是根據(jù)流體通過節(jié)流孔時會產(chǎn)生粘滯阻力的原理而制成的，是一種與剛度、速度相關(guān)型阻尼器。在地震來臨時，阻尼器最大限度吸收和消耗了地震對建筑結(jié)構(gòu)的沖擊能量，大大緩解了地震對建筑結(jié)構(gòu)造成的沖擊和破壞。線圈彈簧可通過自身拉伸壓縮等變形，實(shí)現(xiàn)消耗地震能的作用，從某種角度上來講也是一種預(yù)應(yīng)力形式。

本加固體系利用預(yù)應(yīng)力斜拉索體系受力合理且輕便，粘彈性阻尼器、線圈彈簧耗能效率高等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計出詣在提高柱架體系整體性，增強(qiáng)整體剛度，并減小梁柱相對位移的較佳結(jié)構(gòu)形式。

附圖說明

圖1為斜拉索-阻尼器柱架加固裝置示意圖；

圖2為圖1的A-A剖視圖；

圖3為梁柱固定端安裝示意圖；

圖4為使用鋼絞線為主要預(yù)應(yīng)力承受構(gòu)件時的設(shè)計方案圖；

圖5為節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器平面圖；

圖6為節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器等軸測圖。

圖中標(biāo)號分別表示：1.鋼拉索；2.粘滯性阻尼器；3.線圈彈簧；4.預(yù)應(yīng)力套筒；5.角鋼；6.節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器；7.柱底固定件；8.梁端固定件；9.梁中固定端；10.柱子；11.上梁；12.中梁(穿)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對實(shí)用新型做任何限制的依據(jù)。

如圖1所示，本實(shí)用新型穿斗式木結(jié)構(gòu)古建筑柱架耗能加固裝置,包括柱子10，及連接柱子10的上梁11和中梁12，在上梁11上設(shè)有三個梁端固定件8，在柱子10上設(shè)有柱底固定件7，上梁11上若干個梁端固定件8和柱子10上的柱底固定件7上分別連接有鋼拉索1，各鋼拉索1通過若干個節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6連接，各節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6之間連接有線圈彈簧3。

其中，上梁11上三個梁端固定件8的各梁端固定件8通過螺釘與上梁11連接，上梁11上的中部梁中固定端9上的梁端固定件8并通過角鋼5將其兩端的各個梁端固定件8相互連接固定。連接上梁11梁端固定件8的鋼拉索1上套有預(yù)應(yīng)力套筒4，連接上梁11兩端部梁端固定件8的鋼拉索1上進(jìn)一步套有粘滯性阻尼器2。

如圖2所示，梁端固定件8上端為框型結(jié)構(gòu)，下端為鋼拉索連接板，鋼拉索連接板上設(shè)有貫穿鋼拉索1的穿孔。

如圖5、圖6所示，節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器為一個開有偏心孔6-1的連接件，偏心孔6-1的四周依次分布有連接線圈彈簧開孔6-2、連接內(nèi)梁端固定件開孔6-3、連接內(nèi)梁端固定件開孔6-4和連接柱底固定件開孔6-5，其中，連接線圈彈簧開孔6-2與連接內(nèi)梁端固定件開孔6-3之間的距離小于連接內(nèi)梁端固定件開孔6-3與連接內(nèi)梁端固定件開孔6-4之間的距離。偏心孔6-1在節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器上設(shè)有上下端的凸沿。

本實(shí)用新型的預(yù)應(yīng)力斜拉索體系的搭設(shè)方法，具體包括如下步驟：

步驟1、在接合完好的柱子10與上梁11梁柱之間封閉框架上，測量柱子10與上梁11的尺寸，并確定梁端固定件8和柱底固定件7的尺寸大小。

步驟2、將梁端固定件8和柱底固定件7分別安裝在上梁11和柱子10上；其中，上梁設(shè)置三處梁端固定件的橫向長度l₀不小于上梁凈跨長度Ln的1/5，梁端固定件的高度不小于上梁梁高的2/3。柱底固定端沿柱子縱向高度h不小于柱子凈高H_n的1/4，寬度不小于柱子寬的2/3(當(dāng)柱為圓柱時，以固定端包裹柱截面優(yōu)弧為標(biāo)準(zhǔn))，參見圖3。

需要說明的是，柱底固定端安裝時，底部應(yīng)距離中梁有一定距離X(30mm≤X≤50mm)，以防止固定端變形對于中梁的影響。

步驟3、梁端固定端8安裝結(jié)束后，須在上梁各梁端固定端8之間對稱安裝等邊角鋼5(剖面如剖面圖2所示)，安裝方式是通過對拉螺栓固定，以保證體系在工作過程中梁支座相對距離保持不變，示例角鋼型號為L90*10，前后對稱安裝。

步驟4、在已安裝梁端固定件8和柱底固定件7的封閉框架內(nèi)，分別將通過節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6連接的鋼拉索1與梁端固定件8和柱底固定件7連接，其中，先將梁端固定件8兩端部的固定孔中穿入帶有套接粘滯性阻尼器2和預(yù)應(yīng)力套筒4的鋼拉索1，將兩根鋼拉索1的另一端分別連接一節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6，兩節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6通過線圈彈簧3水平連接；兩節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6上端再分別貫穿一根帶有預(yù)應(yīng)力套筒4的鋼拉索1，與上梁中部的梁端固定件8的固定孔連接；兩節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6下端分別貫穿一根鋼拉索1，分別與柱底固定件7連接，構(gòu)成斜拉索搭設(shè)結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，此階段安裝過程中無施加預(yù)應(yīng)力過程，務(wù)必保持桿件與節(jié)點(diǎn)精確安裝，盡量使各個零件對稱布置。

步驟5、對稱扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力套筒4向鋼拉索1施加預(yù)應(yīng)力，通過類鉸節(jié)點(diǎn)—節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換器6的傳導(dǎo)，使預(yù)應(yīng)力布滿現(xiàn)有體系。需要說明的是，通過套筒施加預(yù)應(yīng)力必須對稱施加，以保證預(yù)應(yīng)力均勻分配，所施加的預(yù)應(yīng)力依圓鋼的具體型號及設(shè)計抵抗效應(yīng)值的不同而異。實(shí)例所應(yīng)用的圓鋼尺寸為Φ27，預(yù)施加應(yīng)力值為35-40kN。

步驟6、施加預(yù)應(yīng)力后，依圖所示對稱安裝粘滯性阻尼器，自此完成預(yù)應(yīng)力斜拉索體系的搭設(shè)過程。本實(shí)施例所使用的阻尼器型號為OTP 30/100。

本實(shí)用新型另一種實(shí)施方式，對于框架內(nèi)部狹小的情況，為簡化構(gòu)造，使用鋼絞線代替圓鋼作為鋼拉索承受預(yù)應(yīng)力，鋼絞線通過端部張拉被施加預(yù)應(yīng)力，端部固定處設(shè)有一定厚度的墊板，如圖4所示。三個梁端固定件中兩端的梁端固定件6為框型結(jié)構(gòu)，中間的梁端固定件和柱底固定件為墊板，鋼絞線貫穿上梁和柱子與墊板連接。安裝步驟同上述。

需說明，本實(shí)用新型保護(hù)范圍不限于以上圖示實(shí)例尺寸與相應(yīng)構(gòu)件參數(shù)。在本實(shí)用新型公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。