一种续接木结构的预应力增强装置及其制造方法技术领域
本发明涉及一种续接木结构的预应力增强装置及其制造方法。
背景技术
在我国的建筑史上，古建筑木结构无疑占据了非常重要的一部分，作为我国建筑艺术的瑰宝，其历史地位是非常瞩目的。木结构本身的结构特点是，取材方便，施工速度快捷简便，同时具有良好的抗震耗能能力。然而，由于木结构本身的特性，随着使用时间的增长，其本身容易出现一定的损伤。针对木结构屋盖处的檩条、椽条及抬梁、楼面梁等构件，经常发生虫蛀、潮朽，使得这类构件失去承载能力。
目前，常见木结构针对该类构件的修缮加固方法有两种：一类是传统修缮方法，通过将整个构件进行替换，该方法将构件从整个结构中拆卸下来，将新的构件装上去，以达到修缮的目的，对于该种方法，其适用面较窄，特别是针对大型的抬梁结构及屋盖结构，其更换构件存在着需要落架的问题，而大型木结构的落架需要较大的工程量，且施工难度大，需要具备丰富经验的木结构工程师、大量的人力物力进行支持，在进行古建筑木结构的修缮维护时，秉持的修缮原则是“以旧修旧”，而更换构件法无疑破坏了构件本身的历史文物价值，因此，在古建筑的修缮领域，更换构件法的应用不多。第二种修缮加固方法是通过将发生严重虫蛀、潮朽的部位截断后，将腐朽部分切除，再将两个分开的构件进行续接，与第一种方法相比，该种修缮方法无需进行落架，直接在原处进行构件的修缮，工程量大幅降低，但是该种方法也存在一定的不足，那就是经过续接的构件，其本身的强度及刚度相比之前已经有了一定程度的降低。特别是在续接处，其由原先的固接点变为铰接点，承载力下降明显，因此经过续接的构件，其构件整体强度及刚度已经不如之前完整构件。
对于该类续接构件的修复补强，常见的工程方法是通过在续接构件上直接粘贴碳纤维布来进行修复，该种方法对于续接构件的强度有一定程度的提升，但是在刚度提升方面效果有限。同时，该类修缮方法属于被动加固方法，无法在承载前期便降低构件的跨中挠度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足，设计一种可以方便地对这类续接木结构进行预应力的修缮加固在续接构件上应用该预应力增强装置，并可以方便的进行预应力的张拉，同时，该结构的安装过程不对原木结构产生损伤，保护了古建筑的文物价值，该装置采用全不锈钢进行制作，在表面涂有高效防锈漆。安装过程简便，费用低，覆盖面广，拓展了预应力技术在古建筑木结构修缮领域的应用。
本发明的具体实施方案是：一种续接木结构的预应力增强装置，包括沿续接木结构长度方向设置的固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件，所述固定端增强件包括顶部的固定端顶部钢带，所述固定端顶部钢带两侧连接有固定端弧形钢板，所述固定端弧形钢板内壁与待加固的木件外表面相贴合，所述固定端弧形钢板两侧固定有固定端侧部锚具，所述固定端弧形钢板下部设有固定端底部锚具，所述固定端侧部锚具及固定端底部锚具外沿设有槽孔，两侧固定端弧形钢板下端之间留有间隙并设有连接法兰。
进一步的，所述支撑端增强件包括顶部的支撑端顶部钢带，所述支撑端顶部钢带两侧连接有支撑端弧形钢板，所述支撑端弧形钢板内壁与待加固的木件外表面相贴合，所述支撑端弧形钢板两侧固定有支撑端侧部锚具，所述支撑端弧形钢板下部设有支撑端底部锚具，所述支撑端侧部锚具及支撑端底部锚具外沿设有槽孔，两侧支撑端弧形钢板下端之间留有间隙并设有连接法兰。
进一步的，所述张拉端增强件包括顶部的张拉端顶部钢带，所述张拉端顶部钢带两侧连接有张拉端弧形钢板，所述张拉端弧形钢板内壁与待加固的木件外表面相贴合，所述张拉端弧形钢板两侧固定有张拉端侧部锚具，所述张拉端弧形钢板下部设有张拉端底部锚具，所述张拉端侧部锚具及张拉端底部锚具中部设有圆孔，所述两侧张拉端弧形钢板下端之间留有间隙并设有连接法兰。
进一步的，所述支撑端增强件、设有两个或两个以上。
进一步的，所述连接法兰包括对称设置的两个法兰板，两个法兰板上锁紧螺栓。
进一步的，所述固定端顶部钢带与固定端弧形钢板、支撑端顶部钢带与支撑端弧形钢板、张拉端顶部钢带与张拉端弧形钢板通过贯穿的螺栓固定连接。
进一步的，所述固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件外周设有防锈层。
进一步的，所述固定端侧部锚具的槽孔与支撑端侧部锚具的槽孔位置对应设置，固定端底部锚具的槽孔与支撑端底部锚具的槽孔位置对应设置。
本发明还包括一种续接木结构的预应力增强装置的制造方法，包括下列步骤：
1）根据木结构构件尺寸情况，确定固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件所在位置；
2）确定固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件所在位置的木结构构件截面尺寸，根据尺寸的情况确定各个部分的顶部钢带及弧形钢板的尺寸，使之与所在木结构构件的外周相贴合，在各个增加件的弧形钢板上焊接侧部锚具、底部锚具及法兰板；
3）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的法兰板之间间距为15～20mm；
4）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的顶部钢带与弧形钢板通过螺栓固定连接，而顶部钢带的弯折长度取1/4构件高度；
5）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的各个侧部锚具上的槽孔或圆孔对应设置以利于后续穿过钢丝。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过在木结构接续构件上设置一种续接木结构的预应力增强装置，包括沿续接木结构长度方向设置的固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件，后期可方便通过钢丝锚具配合方便进行木结构续接构件的预应力加固，该套增强装置制作方便，同时费用较低，在安装时，无需投入大量的人力物力，使用该装置进行预应力的加固，能够有效提高该类续接木结构的强度及刚度。
附图说明
图1为本发明锚固端增强件结构示意图；
图2为本发明支承端增强件结构示意图；
图3为发明张拉端增强件结构示意图；
图中：1、锚固端顶部钢带，2、锚固端弧形钢板，3、锚固端侧面锚具，4、锚固端底面锚具，5、锚固端法兰板，6、支承端顶部钢带，7、支承端弧形钢板，8、支承端侧面锚具，9、支承端底面锚具，10、支承端法兰板，11、张拉端顶部钢带，12、张拉端弧形钢板，13、张拉端侧面锚具，14、张拉端底面锚具，15、张拉端法兰板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～3所示,本发明一种续接木结构的预应力增强装置根据续接结构的实际尺寸进行设计，总共包括三个部分：锚固端增强件一个、支承端增强件两个和张拉端增强件一个，其中，支承端增强件安装位置根据实际情况选择，可选在续接点两侧150mm-250mm距离。
在图1中，锚固端增强件由以下几个部分组成：锚固端顶部钢带1，锚固端顶部钢带厚度取3mm，中间为水平段，梁端为圆弧段，圆弧段弯折半径与续接木梁截面尺寸相同，弯折长度取1/4构件高度，锚固端顶部钢带1的宽度取80mm，沿锚固端顶部钢带1宽度方向，一侧开2个直径10mm螺栓孔，一共四个；两侧锚固端弧形钢板2，共两块，厚度取4mm，锚固端弧形钢板2包裹住续接木结构，其半径与续接木结构相同，在锚固端弧形钢板2上部沿宽度方向每一侧开4个直径为10mm圆孔，圆孔位置与钢带上圆孔位置对准，弧形钢板宽度取300mm，底部通过焊接与两块固定端法兰板5连接；锚固端弧形钢板2的侧部焊接有锚固端侧面锚具3，宽度取15mm，锚固端侧面锚具3开有槽孔，槽孔尺寸为3.2mm*10mm，每个锚固端侧面锚具3开两个槽孔，槽孔间距25mm；底面锚具4，宽度取15mm，通过焊接将其固固定在圆弧钢板2底部，在底面锚具4上开槽孔，槽孔尺寸为3.2mm*10mm，每个锚固端底面锚具4开两个槽孔，槽孔间距25mm；固定端法兰板5厚度取8mm，宽度20mm，长度300mm，沿固定端法兰板5长度方向开6个直径为10mm的圆孔，共两块法兰板，固定端法兰板5通过焊接与锚固端弧形钢板2进行焊接，两块法兰板之间间距为20mm。最终组装完成，形成完整的锚固端增强件。
在图2中，支承端增强件由以下几个部分组成：支承端顶部钢带6，支承端顶部钢带6厚度取3mm，中间为水平段，梁端为圆弧段，圆弧段弯折半径与续接木梁截面尺寸相同，支承端顶部钢带6的弯折长度取1/4构件高度，支承端顶部钢带6宽度取40mm，沿支承端顶部钢带6宽度方向，一侧开2个直径10mm螺栓孔，一共四个；支承端顶部钢带6两侧设有支承端弧形钢板7，共两块，厚度取4mm，支承端弧形钢板7包裹住续接木结构，其半径与续接木结构相同，在支承端弧形钢板7上部沿宽度方向每一侧开2个直径为10mm圆孔，圆孔位置与钢带上圆孔位置对准，弧形钢板宽度取100mm，底部通过焊接与两块支承端法兰板10连接；支承端弧形钢板7两侧焊接有支承端侧面锚具8，宽度取15mm，，在支承端侧面锚具8上开槽孔，槽孔尺寸为3.2mm*10mm，每个支承端侧面锚具8开两个槽孔，槽孔间距25mm；支承端底面锚具9，宽度取15mm，通过焊接将其固固定在支承端弧形钢板7底部，在支承端底面锚具9上开槽孔，槽孔尺寸为3.2mm*10mm，每个底面锚具开两个槽孔，槽孔间距25mm；支承端法兰板10，厚度取8mm，宽度20mm，长度100mm，沿支承端法兰板10长度方向开4个直径为10mm的圆孔，共两块法兰板，支承端法兰板10通过焊接与支承端弧形钢板7进行焊接，两块支承端法兰板之间间距为20mm。最终组装完成，形成完整的支承端增强件。
在图3中，张拉端由以下几个部分组成：张拉端顶部钢带11，张拉端顶部钢带11厚度取3mm，中间为水平段，张拉端顶部钢带11的梁端为圆弧段，圆弧段弯折半径与续接木梁截面尺寸相同，弯折长度取1/4构件高度，张拉端顶部钢带11宽度取80mm，沿钢带1宽度方向，一侧开2个直径10mm螺栓孔，一共四个；两侧张拉端弧形钢板12，共两块，厚度取4mm，张拉端弧形钢板12包裹住续接木结构，其半径与续接木结构相同，在张拉端弧形钢板12上部沿宽度方向每一侧开4个直径为10mm圆孔，圆孔位置与钢带上圆孔位置对准，张拉端弧形钢板12宽度取300mm，底部通过焊接与两块法兰板连接；张拉端侧面锚具13，宽度取15mm，通过焊接将其固定在张拉端圆弧钢板12两侧，在张拉端侧面锚具13上开圆孔，圆孔直径10mm，每个侧面锚具开两个圆孔，圆孔间距25mm；张拉端底面锚具14，张拉端底面锚具14宽度取15mm，通过焊接将其固固定在张拉端弧形钢板12底部，在张拉端底面锚具14上开圆孔，圆孔直径10mm，每个底面锚具开两个圆孔，圆孔间距25mm；而张拉端法兰板15，厚度取8mm，宽度20mm，长度300mm，沿张拉端法兰板15长度方向开6个直径为10mm的圆孔，共两块张拉端法兰板15，张拉端法兰板15通过焊接与张拉端弧形钢板12进行焊接，两块法兰板之间间距为20mm。最终组装完成，形成完整的张拉端增强件。
本发明还包括一种续接木结构的预应力增强装置的制造方法，包括下列步骤：
1）根据木结构构件尺寸情况，确定固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件所在位置；
2）确定固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件所在位置的木结构构件截面尺寸，根据尺寸的情况确定各个部分的顶部钢带及弧形钢板的尺寸，使之与所在木结构构件的外周相贴合，在各个增加件的弧形钢板上焊接侧部锚具、底部锚具及法兰板；
3）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的法兰板之间间距为15～20mm；
4）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的顶部钢带与弧形钢板通过螺栓固定连接，而顶部钢带的弯折长度取1/4构件高度；
5）固定端增强件、支撑端增强件、以及张拉端增强件的各个侧部锚具上的槽孔或圆孔对应设置以利于后续穿过钢丝。
使用时，进行底面预应力钢丝与侧面预应力钢丝张拉，使钢丝穿过各个部分锚具的槽孔或圆孔并在钢丝绳端部拉紧固定，完成木结构增强工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。