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申请类型
发明 实用新型 外观
发明
发明名称
一种碳纤维布加固梯卯形式接长木梁方法
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权 利 要 求 书
1.碳纤维布（CFRP布）加固梯卯形式接长木梁方法，其特征在于，采用CFRP布对桦卯 接长的木梁，在棒卯接长节点处进行加固。
2.根据权利要求1所述的CFRP布加固梯卯接长木梁方法，其特征在于：按照《营造法式》 中的要求进行木梁樟卯节点的制作和拼接。
3.根据权利要求1所述的CFRP布加固榨卯接长木梁方法，其特征在于：参考《碳纤维片
材加固混凝土结构技术规程》CECSI46： 2003进行碳纤维布的粘贴，先粘贴碳纤维方向和木梁 长度方向平行的碳纤维布2,再粘帖碳纤维方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布1,碳纤维布层 数为一层或多层。
说明书摘要
本发明涉及碳纤维布（CFRP布）加固梯卯形式拼接木梁方法，所述的方法是：首先按照《营造 法式》中的要求进行木梁梯卯的制作和拼接，然后在樵卯接长节点处粘贴纤维方向与
木梁长度 方向平行的碳纤维布，再粘贴纤维方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布，碳纤维布为一层或多 层。本专利提出的CFRP布加固株卯接长木梁方法，能使梯卯接长木梁加固后的抗弯抗剪承载 力接近于原木的承载力。这为古建筑木梁的修复和加固提供一个全新的方法。
摘要附图
1—纤维方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布；2—纤维方向和木梁长度方向平行的碳纤维布 说明书
一种碳纤维布加固棒卯形式拼接木梁方法
技术领域
本发明属于古建筑修复和加固领域，更具体的涉及碳纤维布（CFRP布）加固木梁的方法。 背景技术
木结构建筑是中华传统建筑的主要形式，具有极高的历史、科学和艺术价值。古建筑木结 构中的柱和额楮组成的构架以及其他构件之间采用樵卯连接,无需一铁一钉。樵卯连接使得各节 点刚柔相济,具有一定的抗弯能力及良好的抗震性能，从而能够历经沧桑依然屹立于中华之地。 木结构建筑具有很多优点：绿环保、节能、保温隔热、建造方便、易于再生、抗震性能好、 耐久性好等。然而，木结构也有其缺点：木材强度低、易受虫（如白蚁）害的侵蚀，维修、翻 修、重建的频率较高。
本发明以“国家十二五科技支撑计划项目”课题《传统古建聚落规划改造及功能综合提升 技术集成与示范》为支撑，以世界双遗产地武夷山的国家级历史文化名村“城村”为工程应用 背景，为解决城村中古建筑房屋普遍存在的桦卯节点处的拔桦现象，木梁端头破坏严重需要进 行替换，同时又需保留木梁中间段珍贵木料问题而提出的，本发明适用于国内外其它地区古建 筑木梁端头的替换和加固。
目前，城村古建民居房屋因年久失修、维护不当等，存在大量木结构破损问题，出现梁柱 樵卯节点拔梯现象，木梁端头严重损坏，危及古建筑的结构安全，影响人们的正常居住和生活, 因此需要尽快对古建筑木梁进行修缮加固以保证房屋的结构安全。本文针对古建筑梁柱节点
处 梁端损坏问题，同时根据传统古建筑维修保护的“尽量保持原状”基本原则，提出一种新的加 固方法：将梁两端已损坏的端头锯掉，把原来保留的跨中木梁段其两端做成卯头形式，制作两 段与原木梁种类相同并且带有样头的新木材，而后将这两段新木材和原有一段旧木材通过样卯 连接形成一根与原来木梁长度相等的整体木梁，并在柳卯接长节点处粘贴一定长度的CFRP布环 箍（碳纤维增强材料）进行加固。梯卯接长木梁通过此方法加固后，其极限承载力得到很大的 提高，接近于完整木梁的承载力。
已有的与碳纤维布加固古建筑相关的典型专利如：1、《一种碳纤维布加固的古建筑木结构 大木构架的樵卯节点》，该实用新型专利公开了一种大木构架的样卯节点通过在木柱和木梁上粘 贴与木梁上下边缘平行的横向碳纤维布进行加固，同时在木梁两端各粘贴垂直于木梁长度方向 的2-3个间距为100-200mm宽为40~60mm的碳纤维布环箍的加固方法，从而提高榨卯节点 的抗弯能力。2、《一种碳纤维布加固的木梁》，该实用新型专利通过在木梁底面粘贴12层的碳 纤维布后，在木梁中部粘贴2~3个间距为100~200mm宽为40~60mm的碳纤维布环箍，木梁两 端也粘贴宽为40~60mm的碳纤维布环箍的加固方法，从而提高木梁的抗弯承载力。
本发明创新于针对古建筑木梁梁端损坏问题，先将损坏的梁两端锯掉，选用两段同树种的 新木材与原来的一段旧木材通过梯卯连接的形式进行接长，而后粘贴CFRP布进行加固。同时 本发明采用的加固方法与其他发明的加固方案不同，即在两个樨卯接长节点处粘贴一定长度的 CFRP布环箍进行加固，先粘贴数层纤维方向和木梁长度方向平行的碳纤维布，再粘帖数层纤维 方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布。接长木梁加固后，其极限承载力有很大程度的提高，接 近于未加工过完整木梁的极限承载力。此加固方法操作简单，施工简便，居民可自行进行参考 专利方法进行加固修复，因此利于该加固方法的推广。
发明内容
本发明提出了碳纤维布（CFRP布）加固棒卯形式拼接木梁方法，采用CFRP布对样卯拼接 的木梁，在接头处进行加固。按照《营造法式》中的要求进行木梁梯卯的制作和拼接。参考《碳 纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECSl46： 2003进行碳纤维布的粘贴，先粘贴数层碳纤维 方向和木梁长度方向平行的碳纤维布，再粘帖数层碳纤维方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布。
本发明CFRP布加固梯卯形式拼接木梁方法的优点：
（1）可以保护古建筑木梁中间段的珍贵木料（如楠木等）。
（2）碳纤维强度很高，很薄，不会对古建筑木梁的外观造成很大的影响。
（3）所提出的方法施工简单，操作方便。
（4）加固后的木梁承载力达到甚至超过原木，安全可靠。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的梯卯拼接木梁。
图2是本发明具体实施方式的CFRP布粘贴方案。
图3是本发明实施例的樵卯接长木梁。
图4是本发明实施例的CFRP布粘贴方案。
图5是本发明实施例的木梁静力加载方案。
具体实施方式
首先按照《营造法式》中的要求进行木梁樵卯的制作和拼接（图1）,参考《碳纤维片材加 固混凝土结构技术规程》CECSl46： 2003进行碳纤维布的粘贴，采用CFRP布先进行和木梁长 度方向平行的碳纤维布个粘贴，再进行和木梁长度方向垂直的碳纤维布2粘贴（图2）,碳纤维 布为一层或多层。
实施例
下面以CFRP布加固樵卯形式拼接木梁为具体实例来对本发明做进一步说明，但本发明的 保护范围不限于此。
1.试验原材料
福建杉木（圆形截面，直径为130mm,长度为2m）、CFRP布、CFRP布浸渍剂，其具体 指标见表1、表2、
表3。
表1    木材主要性能指标
木材含水率 （%）
密度
（g/加）
抗弯强度
/MPa
弹性模量
/MPa
顺纹抗拉 强度/MPa
顺纹抗压 强度/MPa
顺纹抗剪 强度/MPa
福建 23 77 水杉
0.41
69.11
10779
67.63
15.58
5.16
加固材料性能指标见表2,
表2
CFRP布浸渍剂的性能指标见表4o
加固材料性能指标
材料 型号规格
厚度∕mm
抗拉强度/MPa
弹性模量/GPa
CFRP 布 I 级 300g
0.167
3696
242
表3    CFRP布浸渍剂性能指标
材料
拉伸剪切强度/MPa
抗弯强度/MPa
抗拉强度/MPa
抗压强度/MPa
CFRP 布 浸渍剂
18.2
54.9
40.1
78.1
2. CFRP布加固方案
所设计的CFRP布加固方案：对长度为2m直径为130mm的圆形截面接长木梁进行加固， 通过在距离两端IOomm的位置开始分别先粘贴2层纤维方向平行于木梁长度方向的CFRP布 长度为530mm,宽度为700mm,再在距离梁左右端265mm的位置分别粘贴1层纤维方向垂直 于木梁长度方向的CFRP布 宽度为200mm,长度为70Omm。接长木梁样式图详见附图3, CFRP 加固方案详见附图4。
3.CFRP粘贴工艺
(1)施工准备
根据试验方案，从CFRP整料上剪下满足试验尺寸要求的CFRP布条，裁减时不能割断纵 向纤维丝，同时在各试验梁所需粘贴CFRP处用红铅笔标出边界线。
(2)界面处理
为了保证CFRP布和木梁间有可靠的粘结性能，先清洁木梁上粘贴表面的尘土、油污等杂 质，然后用粗砂纸打磨，以除去木材表面在打磨于燥和加工过程产生的小裂纹及木丝木屑，待 至表面平整，再用工业酒精清洗表面并晾干。
(3)涂刷树脂
首先，将树脂的A、B两组按照10： 4的重量比例进行混合，充分搅拌，每次搅拌的胶当 次使用以防其快速凝结，每次不超过1公斤，一般情况下5min内用完，用刮板将胶水涂刷于 CFRP布上，而后用特制滚筒沿CFRP布条纤维力方向多次均匀滚压，应沿一个方向滚压，使得 胶水均匀地渗入CFRP布中，树脂厚度不宜过薄也不宜过厚。
(4)粘贴CFRP布
粘贴CFRP布条时，预先将CFRP布条平行绷紧，将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置 缓慢粘贴，在粘贴到位后，用特制滚筒沿CFRP布条受力方向多次均匀滚压，应沿一个方向滚 压，挤出气泡和多余树脂，使CFRP与木梁表面紧密粘合，同时保证树脂充分渗入纤维间的缝 隙，使整条布最终平整地粘贴于指定部位，滚压时不得损伤碳纤维布，碳纤维布施工30分钟后， 用滚筒刷均匀涂抹粘结剂，应在纤维表面的结构胶粘剂开始干燥时立即进行下一层粘贴，重复 上述步骤，每层的连接处应错开。最后在CFRP布表面再均匀涂抹一层树脂。
(5)养护
为保证制作质量，CFRP复合木梁制作完成后，放置在室内养护7天，待胶粘剂完全干透， CFRP材料与木梁有较好的整体性，再进行试验。
(6)自检、修补
以上工序全部完成后应对碳纤维布粘贴质量进行全面检查，可用手指压碳纤维布，查看是 否粘接密实，若空鼓面积小于IooCm2时，可采用针管注胶的方法进行补救。当空鼓面积大于 IOOCm2时，将空鼓处碳纤维布切除，重新接粘碳纤维布
(7)注意事项
CFRP布为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备和电源，或采取可靠的防护措施, 配套胶粘剂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射，胶粘剂的配制和使用场所应保 持通风良好，现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
4.所制作的试件见表4。
表4    试验木梁
试验号
木梁形式
加固方案
L1
原木
碳纤维布加固方法不加固
L2
桦卯接长木梁
CFRP布加固
5.试验结果及分析
按照《木结构试验标准》对木梁进行三分点静力加载试验，梁的加载装置详见图5。试验结 果见表5o