(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210632369.9 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 中国航空规划设计 研究总院有限公 司 地址 100120 北京市西城区德外大街12号 (72)发明人 葛家琪　刘鑫刚　马伯涛　刘邦宁　 刘金泰　朱鸿钧　 (74)专利代理 机构 北京中建联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11004 专利代理师 孙彦斌 (51)Int.Cl. E04G 23/02(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 提升古建筑木塔承载力的装置及其确定方 法和验证方法 (57)摘要 本发明公开了提升古建筑木塔承载力的装 置及其确定方法和验证方法， 其中， 提升古建筑 木塔承载力的装置包括： 拉索、 撑杆和环箍； 环箍 的数量为三个， 其中两个安装在古建筑木塔的上 层木柱上， 另外一个安装在下层木柱上， 撑杆安 装在古建筑木塔的上层木柱下方的环箍上， 拉索 的两端分别与古建筑木塔的上层木柱上方的环 箍以及下层木柱上的环箍连接， 中部与撑杆连 接。 通过拉索对 古建筑木塔的上层的木柱和下层 的木柱进行加固， 既不破坏原有古建筑木柱结 构， 同时又能够提升原有结构水平承载能力， 实 现了对文物建筑修缮保护最小干预且可逆的原 则， 同时又提高了文物的安全性能。 权利要求书3页 说明书6页 附图5页 CN 115110794 A 2022.09.27 CN 115110794 A 1.一种提升古建筑木塔承载力的装置， 其特征在于， 包括： 拉索 （1） 、 撑杆 （4） 和环箍 （5） ； 其中， 所述环箍 （5） 的数量为三个， 其中两个所述环箍 （5） 分别安装在古建筑木塔中第 一木柱 （6） 的顶部和底部， 另外一个所述环箍 （5） 安装在古建筑木塔中第二木柱 （7） 的顶部， 其中第一木柱 （6） 位于第二木柱 （7） 的上 方； 所述撑杆 （4） 为三角形结构， 所述三角形结构的一个角安装在第一木柱 （6） 底部的所述 环箍 （5） 上， 且撑杆 （4） 向上倾 斜15° ‑20°， 所述三角形结构的另外 两个角上均设有索夹 （3） ； 所述拉索 （1） 的一端与第一木柱 （6） 顶部的所述环箍 （5） 连接， 所述拉索 （1） 的中部与所 述索夹 （3） 连接， 所述拉索 （1） 的另一端与所述第二木柱 （7） 的顶部所述环箍 （5） 连接 。 2.如权利要求1所述的提升古建筑木塔承载力的装置， 其特征在于， 所述索夹 （3） 包括 索夹连接件 （10） 和子索夹 （11） ； 其中， 所述子索夹 （11） 的数量为两个， 两个所述子索夹 （11） 结构相匹配， 且两个所述子索夹 （11） 中间位置 设有索夹孔 （12） ， 所述拉索 （1） 设置在所述索 夹孔 （12） 内， 两个所述子索夹 （1 1） 通过所述索夹连接件 （10） 连接； 所述环箍 （5） 上设有第一连接件 （2） ， 所述拉索 （1） 上设有第二连接件 （8） 和第三连接件 （9） ， 所述撑杆 （4） 上设有第四连接件 （13） ； 所述拉索 （1） 通过所述第一连接件 （2） 、 所述第二 连接件 （8） 和所述第三连接件 （9） 与所述环箍 （5） 连接， 所述撑杆 （4） 通过所述第一连接件 （2） 和所述第四连接件 （13） 与所述环箍 （5） 连接 。 3.一种提升古建筑木塔承载力的装置的确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 获取古建筑木塔中木柱的弹性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材料容重， 并 根据古建筑木塔中木柱的弹性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材料容重确定拉索 （1） 的材 料； S2、 获取古建筑木塔的几何尺寸信息， 并根据古建筑木塔的几何尺寸信息以及木材的 弹性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材 料容重建立古建筑仿真 分析模型； S3、 在古建筑仿真分析模型上建立提升古建筑木塔承载力的装置的仿真分析模型， 并 根据确定的拉索 （1） 材 料选择拉索 （1） 的直径； S4、 对古建筑仿真分析模型中木柱顶部施加水平荷载， 并不断增加水平荷载值， 直至结 构不能再承受更 大荷载， 得到 木柱顶部施加的水平荷载与木柱 顶部水平变形量的P ‑D曲线； S5、 根据P ‑D曲线得到木柱的最大线性水平承载力性能点、 木柱的水平承载力屈服点和 木柱的破坏点； S6、 判断木柱的最大线性水平承载力性能点、 木柱 的水平承载力屈服点和木柱的破坏 点的拉索 （1） 承受的拉应力σ 是否满足要求， 若不满足要求， 则加大拉索 （1） 的直径， 重复步 骤S3‑S6， 直至满足要求。 4.如权利要求3所述的确定方法， 其特征在于， 所述步骤S1获取古建筑木塔 中木柱的弹 性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材料容重， 并根据古建筑木塔中木柱的弹性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材 料容重确定拉索 （1） 的材 料， 包括以下步骤： S1.1、 采用无损或微损的检测方法， 获取 古建筑木塔中木柱的弹性模量和抗压强度； S1.2、 选取与古建筑木塔中木柱的弹性模量和抗压强度均相同的木材， 检测并获取木 材的顺纹强度、 横纹强度和材 料容重； S1.3、 根据木材的弹性模量、 抗压强度、 顺纹强度、 横纹强度和材料容重计算拉索 （1） 采权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115110794 A 2用的材料需要满足的材料强度和弹性模量， 并在满足的材料强度和弹性模量的材料中选择 并确定拉索 （1） 的材 料。 5.如权利要求3所述的确定方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中在古建筑仿真分析模型上 建立提升古建筑木塔承载力的装置的仿真 分析模型， 包括以下步骤： 在古建筑仿真分析模型中第 一木柱 （6） 的顶部和底部分别建立一个提升古建筑木塔承 载力的装置的仿 真分析模 型中的环箍 （5） ， 在古建筑木塔仿 真分析模型中第二木柱 （7） 的顶 部建立一个环箍 （5） ； 建立提升古建筑木塔承载力的装置的仿真分析模型中的撑杆 （4） ， 并将撑杆 （4） 通过提 升古建筑木塔承载力的装置的仿 真分析模 型中第一连接件 （2） 和第四连接件 （13） 安装在第 一木柱 （6） 底部的所述环箍 （5） 上， 并控制撑杆 （4） 向上倾 斜15° ‑20°； 建立提升古建筑木塔承载力的装置的仿真分析模型中的拉索 （1） ， 并将拉索 （1） 的一端 通过第一连接件 （2） 、 第二连接件 （8） 和第三连接件 （9） 安装在第一木柱 （6） 顶部的所述环箍 （5） 上； 将拉索 （1） 中部设置在撑杆 （4） 端部的索夹 （3） 中两个子索夹 （11） 之间中部的索夹孔 （12） 内， 并将两个子索夹 （11） 通过连接件 （10） 连接； 将拉索 （1） 的另一端通过第一连接件 （2） 、 第二连接件 （8） 和第三连接件 （9） 安装在第二木柱 （7） 的顶部的所述环箍 （5） 上。 6.如权利要求3所述的确定方法， 其特征在于， 所述步骤S3中根据确定的拉索 （1） 材料 选择拉索 （1） 的直径， 包括以下步骤： 根据拉索 （1） 的材料， 选择拉索 （1） 的直径， 根据拉索 （1） 的材料和直径计算拉索 （1） 的 极限抗拉强度σu， 并计算每根拉索 （1） 承受的拉应力σ， 并判断是否满足σ ≤0.2σu， 若不满足， 加大大拉索 （1） 直径并重复此步骤， 若满足则进行 下一步骤。 7.如权利要求3所述的确定方法， 其特征在于， 所述步骤S5根据P ‑D曲线得到木柱的最 大线性水平承载力性能点、 木柱的水平承载力屈服 点和木柱的破坏点， 包括以下步骤： 记X点为P ‑D曲线上任意一点， 将原点O和X的连线、 过X点与D轴的垂线及D轴围合成的三 角形面积定义为f1（s） ， 将原点O和X点间的曲线、 过X点与D轴的垂线及D轴围合成的面积定 义为f2（s） ， 设γ=f1（s） /f2（s） ； S5.1、 在P ‑D曲线上取点{A1， A2，……， Ai，……， An}， 并计算点{A1， A2，……， Ai，……， An} 的γ值分别为{γ1， γ2，……， γi，……， γn}， 其中n≥5 0； S5.2、 选取选取{γi，……， γn}均＜∆， 且γi‑1≥∆的点Ai‑1， 并将点Ai‑1记为木柱的最 大线性水平承载力性能点， 其中0.96 ≤∆≤0.98； S5.3、 将原点O和点Ai‑1连线并延长， 过水平承载力极值点M做P ‑D曲线中P轴的垂线与原 点O和点Ai‑1连线的延长线交于B点， 过B点做P ‑D曲线中D轴的垂线与P ‑D曲线交于Y点， 将 Y点 记为木柱的水平承载力屈服 点； S5.4、 水平承载力极值 点M记为木柱的破坏点。 8.如权利要求3所述的确定方法， 其特征在于， 所述步骤S6 中木柱的最大线性水平承载 力性能点、 木柱的水平承载力屈服点和木柱的破坏点的拉索 （1） 承受的拉应力σ 需要满足的 要求为： 木柱的最大线性水平承载力 性能点处， 拉索 （1） 承受的拉应力σ 需要满足0＜σ ≤0.4σu， 其中σu为拉索 （1） 的极限抗拉强度； 木柱的水平承载力屈服 点处， 拉索 （