本發(fā)明涉及一種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬裝置及其模擬方法，屬于木結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在中華建筑歷史上，古建筑中木結(jié)構(gòu)是帶有濃重色彩的一筆。在現(xiàn)代建筑史中，木結(jié)構(gòu)依然是重要的建筑結(jié)構(gòu)形式。一個(gè)木結(jié)構(gòu)在不依靠鋼筋、鐵釘?shù)痊F(xiàn)代常用建筑材料的情況下，依靠榫卯結(jié)構(gòu)卻能使用幾百年甚至上千年，在人類建造史上堪稱為奇跡。榫卯這種木結(jié)構(gòu)中獨(dú)有的結(jié)構(gòu)形式，堪稱為為木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)形式中的靈魂。榫卯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是公母結(jié)合、契合有致，不但可以承受較大的荷載，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過變形抵消一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。但榫卯結(jié)構(gòu)與的弱點(diǎn)也很明顯，整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力都由榫卯結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱決定。由于榫卯結(jié)構(gòu)是木結(jié)構(gòu)的一部分，因此木材容易受到的損傷，對(duì)于榫卯來說是更加嚴(yán)重的。榫卯結(jié)構(gòu)中的榫頭易受到蟲蛀與真菌的腐蝕，從而使得榫頭在卯口內(nèi)部松動(dòng)腐爛等，導(dǎo)致榫卯結(jié)構(gòu)承載能力下降，結(jié)構(gòu)安全性大大降低，因此研究榫卯結(jié)構(gòu)在有殘損的情況下的承載能力變化是非常有意義的。

目前常見的榫卯節(jié)點(diǎn)殘損模擬方法有：改變榫頭的尺寸：即在卯口尺寸不變的情況下，削減榫頭的長(zhǎng)寬高來達(dá)到模擬殘損的目的；酸性腐蝕：將榫頭浸沒在酸性溶液中，利用酸性降低木材的材性來模擬殘損。這些方法在一定程度上達(dá)到了降低榫卯結(jié)構(gòu)承載力的目的，但是仍然存在不足之處，如：

改變榫頭的尺寸方法榫頭在卯口內(nèi)依然是緊密接觸或者完全離開的，無法較真是的模擬榫卯受真菌腐蝕的影響；酸性腐蝕：雖很好的模擬了真菌腐蝕，難以做到不均勻模擬，且酸性腐蝕需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種工作量小，耗時(shí)少的木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬裝置及其模擬方法。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬裝置，包括與被測(cè)卯口和被測(cè)榫頭尺寸一致的模擬卯口和模擬榫頭，所述模擬榫頭上開設(shè)有沿豎向排列的橫向縫槽以及沿橫向排列的豎向縫槽，橫向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、左側(cè)面和右側(cè)面，豎向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、頂面和底面。

進(jìn)一步的，所述卯口和榫頭均為方形結(jié)構(gòu)，榫頭寬度比卯口寬度小0.1~0.2mm，榫頭高度比卯口長(zhǎng)度大0.5~1mm，所述豎向縫槽和橫向縫槽的寬度均不超過模擬榫頭寬度的10%，豎向縫槽和橫向縫槽的深度不超過模擬榫頭長(zhǎng)度的85%。

進(jìn)一步的，豎向縫槽和橫向縫槽的寬度為2~4mm。

進(jìn)一步的，模擬榫頭側(cè)面上橫向縫槽所占側(cè)面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；模擬榫頭頂面上豎向縫槽所占頂面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致。

本發(fā)明另一技術(shù)方案：一種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬方法，包括以下步驟：（1）制作與實(shí)際工程中被側(cè)榫頭和被側(cè)卯口尺寸一致的模擬榫頭和模擬卯口；（2）檢測(cè)被測(cè)榫頭高度方向上和寬度方向上的殘損率；（3）根據(jù)檢測(cè)到殘損率通過計(jì)算縫寬和縫數(shù)對(duì)模擬榫頭進(jìn)行開縫加工，模擬榫頭上加工出沿豎向排列的橫向縫槽以及沿橫向排列的豎向縫槽，橫向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、左側(cè)面和右側(cè)面，豎向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、頂面和底面，橫向縫槽所占側(cè)面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；模擬榫頭頂面上豎向縫槽所占頂面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；（4）將模擬榫頭和模擬卯口進(jìn)行配合，根據(jù)模擬榫頭和模擬卯口配合后的松動(dòng)程度并可模擬出實(shí)際工程中被側(cè)榫頭殘損后與卯口的松動(dòng)程度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明通過開設(shè)縫槽來模擬被側(cè)被測(cè)榫頭的殘損程度，并通過模擬卯口和模擬榫頭配合后的松動(dòng)程度模擬處被側(cè)榫頭殘損后松動(dòng)程度，工作量小，耗時(shí)少，仿真度高，對(duì)于研究榫卯結(jié)構(gòu)在有殘損的情況下的承載能力變化是非常有意義。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中模擬榫頭構(gòu)造圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中模擬卯口構(gòu)造圖；

圖中標(biāo)號(hào)說明：1-模擬卯口、2-模擬榫頭、3-豎向縫槽、4-橫向縫槽。

具體實(shí)施方式

如圖1~2所示，一種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬裝置，包括與被測(cè)卯口和被測(cè)榫頭尺寸一致的模擬卯口和模擬榫頭，所述模擬榫頭上開設(shè)有沿豎向排列的橫向縫槽以及沿橫向排列的豎向縫槽，橫向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、左側(cè)面和右側(cè)面，豎向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、頂面和底面，通過開設(shè)豎向縫槽和橫向縫槽來模擬根據(jù)模擬被測(cè)榫頭的受損情況，根據(jù)模擬卯口和模擬榫頭配合后的松動(dòng)情況，可以很有效的模擬處被側(cè)榫頭在被側(cè)卯口內(nèi)受到蟲蛀、真菌腐蝕損傷后產(chǎn)生的導(dǎo)致的松動(dòng)程度。

在本實(shí)施例中，所述卯口和榫頭均為方形結(jié)構(gòu)，榫頭寬度比卯口寬度小0.1~0.2mm，榫頭高度比卯口長(zhǎng)度大0.5~1mm，可見模擬榫頭在進(jìn)入模擬卯口時(shí)模擬榫頭在高度方向上會(huì)受到擠壓，在模擬榫頭進(jìn)入卯口前在榫頭的頂面和側(cè)面進(jìn)行開縫，進(jìn)入卯口后由于擠壓，側(cè)面縫受擠壓寬度變小，但由于這些縫的存在使得榫頭在卯口中是松動(dòng)的，同時(shí)由于側(cè)面縫、頂面縫的存在打斷榫頭木纖維間的聯(lián)系，因此該發(fā)明能在盡量小工作量和工時(shí)的情況下很有效的模擬榫卯在蟲蛀以及真菌腐蝕下殘損后造成的松動(dòng)程度。

在本實(shí)施例中，所述豎向縫槽和橫向縫槽的寬度均不超過模擬榫頭寬度的10%，豎向縫槽和橫向縫槽的深度不超過模擬榫頭長(zhǎng)度的85%。

在本實(shí)施例中，豎向縫槽和橫向縫槽的寬度為2~4mm。

在本實(shí)施例中，模擬榫頭側(cè)面上橫向縫槽所占側(cè)面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；模擬榫頭頂面上豎向縫槽所占頂面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致，例如對(duì)實(shí)際工程中被側(cè)榫頭在高度方向上的殘損程度（殘損率）為13.23%，高度方向上的殘損程度（殘損率）為12.22%，那么在開縫槽時(shí)豎向縫槽所占頂面面積的比例也應(yīng)該是13.23%，橫向縫槽所占側(cè)面面積的比例也為12.22%，這樣模擬到最接近真是情況的殘損程度。

在具體實(shí)施過程中，縫槽所占面積比例與檢測(cè)到的殘損率允許存在5%的誤差。

一種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)松動(dòng)程度模擬方法，包括以下步驟：（1）制作與實(shí)際工程中被側(cè)榫頭和被側(cè)卯口尺寸一致的模擬榫頭和模擬卯口；（2）檢測(cè)被測(cè)榫頭高度方向上和寬度方向上的殘損率；（3）根據(jù)檢測(cè)到殘損率通過計(jì)算縫寬和縫數(shù)對(duì)模擬榫頭進(jìn)行開縫加工，模擬榫頭上加工出沿豎向排列的橫向縫槽以及沿橫向排列的豎向縫槽，橫向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、左側(cè)面和右側(cè)面，豎向縫槽貫穿模擬榫頭的前端面、頂面和底面，橫向縫槽所占側(cè)面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；模擬榫頭頂面上豎向縫槽所占頂面面積的比例與被測(cè)榫頭寬度方向上的殘損率一致；（4）將模擬榫頭和模擬卯口進(jìn)行配合，根據(jù)模擬榫頭和模擬卯口配合后的松動(dòng)程度并可模擬出實(shí)際工程中被側(cè)榫頭殘損后與卯口的松動(dòng)程度。

上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。