一種采用角鋼加固木結構節點的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種加固方法，具體是一種采用角鋼加固節點，以提升節點、房屋整體 強度的方法。
【背景技術】
[0002] 木結構及磚木結構由于歷史和經濟等原因在我國農村分布較廣，尤其在西南、西 北高烈度區，還存在著大量的木構架承重建筑。由于這些都是農民自建房，抗震構造措施不 完善，尤其是節點部位很多都是用直榫直接連接，抗震性能較差。一旦發生烈度較高地震， 將會對人民生命及財產安全構成嚴重威脅。汶川地震中，川西南、川北、陜南、甘南等重災區 大量木結構節點出現拔脫榫和折榫等現象（如圖1所示）。
[0003] 傳統的農村木結構房屋建造工藝比較粗糙，為方便施工許多節點直接用直榫連接 且卯眼普遍比榫頭大，造成榫卯裝上后不夠緊密。由于木材的硬度不大，木材本身會發生干 縮，同時農村木結構普遍沒有經過防腐防潮處理，在經過一定年限后，榫頭會發生腐蝕。以 上這些情況都會造成榫和卯的連接不夠緊密，節點處的剛度較低，當房屋受到地震、風力等 較大外力時，節點將會承受較大的拉伸、壓縮、剪切和扭轉作用，極易造成拔榫、脫榫現象， 使房屋發生較大的側向位移，甚至坍塌（如圖2所示）。榫卯節點由于沒有經過專業設計， 尺寸大小不合理且由于節點受到腐蝕，節點的承載力較低，在受到較大外力下，節點將會發 生折榫現象。
[0004] 目前國內對木結構節點加固的辦法主要包括：用扒釘、碳纖維布對節點進行加固 等。用扒釘加固時，它的承載能力與加固前相比有一定的提高。但是，扒釘剛度較小且扒釘 在反復荷載作用下，它的剛度退化較快，破壞也較快。總體而言，扒釘加固措施相對于加固 前有一定的效果，但此效果也只有在低烈度區的受力較小的節點處的才能顯現出來，對高 烈度區和受力較大的節點處效果不是很明顯。碳纖維布加固措施的價格較高且施工較不方 便，在農村使用受到限制。

【發明內容】

[0005] 針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于，提供一種方法，在梁柱節點 變形相對較大處，用角鋼對節點進行加固，提高節點的承載能力防止節點出現折榫，提高節 點剛度，限制在大的外力作用下房屋可能產生大的側移以改善原來的脫榫和拔榫現象，進 而提尚房屋的抗震性能。
[0006] 為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：
[0007] -種采用角鋼加固木結構節點的方法，所述的角鋼的兩端帶有翼板，按照下述步 驟確定角鋼規格后，利用角鋼兩端的翼板通過自攻螺絲與梁、柱連接：
[0008] 步驟一，測量需要加固節點的轉動角度，判定節點是否需要加固，如需要加固則執 行步驟二；
[0009] 步驟二，確定梁和柱的線剛度比e :
[0010] 當梁/柱的截面為圓形時，線剛度i為：
[0012] 當梁/柱的截面為矩形時，線剛度i為：
[0014] 式1和式2中，E為梁/柱的抗彎彈性模量，d為梁/柱的圓形截面的直徑，b為梁 /柱的圓形截面的寬，h為梁/柱的圓形截面的高，1為梁/柱的長度；
[0015]參數ai的取值范圍為[0.90,0. 95]，參數a^的取值范圍為[0.80,0. 95];
[0016] 梁和柱的線剛度比0為：
[0018] 步驟三，確定角鋼的規格：
[0019] 角鋼的長度ly取值范圍為
，L為梁跨度；
[0020] 角鋼的截面面積Sy需要滿足下式5 :
[0022] 式5中，S為梁的截面面積，R為梁的截面高度或直徑，0為梁和柱的線剛度比，fy 為角鋼抗壓強度設計值，li為梁的長度，f?為木材的等效強度，取值為范圍為[4. 1，7. 2]。
[0023] 進一步地，所述的方法還包括步驟四：
[0024] 步驟四，確定自攻螺絲個數：
[0025] 利用式6計算自攻螺絲的使用個數n :
[0027]式6中，fv為梁所用木材的抗剪強度設計值，S為梁的截面面積，fi為自攻螺絲的 抗剪強度設計值，A為自攻螺絲的半徑；
[0028] 進一步地，所述的方法還包括步驟五：
[0029] 步驟五，確定角鋼翼板長度：
[0030] 角鋼的翼板長度1。的取值范圍為：
[0031] (3n2+l)d〇^ 1 (16n2-8)d〇 式 7
[0032] 式7中，112為翼板長度方向上自攻螺絲的排數，
，取整；
[0033]&為翼板寬度方向上的自攻螺絲的排數，ni滿足式8 :
[0035] 式8中，by為翼板寬度，d。為自攻螺絲的直徑。
[0036] 進一步地，所述的角鋼規格確定時，角鋼還需要滿足：
[0038] 式9中，by為角鋼寬度，t y為角鋼厚度，1 y為角鋼長度。
[0039] 進一步地，所述的角鋼兩端的翼板與角鋼之間的角度為135°。
[0040] 進一步地，所述的步驟一中，判定節點是否需要加固的具體方法為：
[0041] 燕尾榫節點的轉動角度不小于0. 05rad時，該節點需要加固；
[0042] 直榫節點的轉動角度不小于0. 04rad時，該節點需要加固。
[0043] 本發明與現有技術相比具有以下技術特點：
[0044] 1.本發明建立了利用角鋼加固木節點的科學化流程，在該流程的確定過程中經過 了大量的調研與試驗研宄，科學地論證、確定角鋼加固過程的每一個參數，使木節點的加固 過程標準化且有著符合結構學、力學方面的依據，對木制建筑抗震、使用等方面的研宄有著 積極的參考價值和促進作用；
[0045] 2.加固材料易得到；加固方法簡單且科學合，理容易被農民掌握；施工比較方便， 在較少的工程費的情況下，加固效果較顯著；可以直接在原有結構上施工且可以和其他加 固方法疊加使用。
【附圖說明】
[0046] 圖1為木結構節點脫榫現象的示意圖；
[0047] 圖2為木建筑整體側移現象的示意圖；
[0048] 圖3為木結構節點的M- 0曲線；
[0049] 圖4為木結構節點的計算模型；
[0050] 圖5為角鋼的正視圖和側視圖；
[0051] 圖6為角鋼的安裝位置示意圖；
[0052] 圖7為模擬震動臺試驗的示意圖；
[0053] 圖4和圖5中：1 一柱，2-木結構節點，3-角鋼，4一翼板，5-梁。
【具體實施方式】
[0054] -種采用角鋼加固木結構節點的方法，在該方法中所采用的角鋼為直板型角鋼， 角鋼的兩端分別帶有一個用于和梁、柱子連接安裝的翼板。角鋼的規格、參數確定好之后， 通過自攻螺絲將翼板與梁、柱子連接，以達到加固節點的目的。角鋼兩端的翼板與角鋼之間 的角度為135°。具體的步驟如下：
[0055] 步驟一，測量需要加固節點的轉動角度，判定節點是否需要加固，如需要加固則執 行步驟二；
[0056] 傳統的農村木結構房屋的節點處一般采用燕尾榫和直榫的連接方式，因此本方案 中主要對這兩種結構進行研宄。
[0057] 通過對燕尾榫和直榫低周反復試驗得出的彎矩-轉角曲線，即M- 0曲線，把它們 擬合后發現其都是S形曲線，只是初始剛度和屈服角有區別。為了應用此曲線，把其進一步 簡化為三段，如圖3所示，分別為彈性階段、屈服階段和下降階段。
[0058] 從上面的實驗骨架曲線我們得出結論當節點進入屈服階段時，節點的剛度退化， 節點剛度很小。則當木節點處于此階段時，節點的剛度很小，抵抗變形能力很小。因此，我們 加固的對象就是節點達到屈服階段或下降階段。并且結合試驗結果和對陜西、四川和貴州 的木結構房屋實地調研發現：燕尾榫的節點普遍在節點轉動角度大于等于〇. 〇5rad(單位 為弧度）時，節點即進入屈服階段；直榫節點轉動角度為大于等于〇. 〇4rad(單位為弧度） 時，節點進入屈服階段。
[0059] 因此，需要加固的節點為：燕尾榫節點的轉角大于等于0. 05rad時，需加固；直榫 節點的轉角大于等于〇. 〇4rad時，需加固。當然也可以采用其他方式來確定節點是否需要 加固。
[0060] 步驟二，確定梁和柱的線剛度比e :
[0061] 經過試驗研宄和調研發現，梁/柱的線剛度主要和梁/柱的截面、長度、抗彎彈性 模量、參數a i和參數a 2有關，并且滿足如下公式1。其中，截面和長度可以通過實地測量 得到，長度為凈長度（不包括節點處長度）；抗彎彈性模量根據木材種類不同，查詢木結構 設計規范4. 2. 3可得到；參數a i和參數a 2通過實驗和調研得到，如下表1和表2。
[0062] 當梁/柱的截面為圓形時，線剛度i為：
[0064] 當梁/柱的截面為矩形時，線剛度i為：
[0066] 式1和式2中，E為梁/柱的抗彎彈性模量，d為梁/柱的圓形截面的直徑，b為梁 /柱的圓形截面的寬，h為梁/柱的圓形截面的高，1為梁/柱的長度；"/"表示"或"，即當 梁或柱的截面為圓形時用式1計算，矩形時用式2計算。
[0067] 參數a i的取值范圍為[0. 90, 0. 95]，參數a 2的取值范圍為[0. 80, 0. 95]，更加具 體的可參考下表1和表2 :
[0068] 表1柱參數a i a 2取值表
[0070]
[0071] 表2梁參數a i a 2取值表

[0073] ^梁和柱的線剛度可通過式1或式2計算出來，然后計算:
[0074] 梁和柱的線剛度比0為：
[0076] 步驟三，確定角鋼的規格：
[0077