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郭高与银锭扣的奇缘

已有 1339 次阅读 2017-12-5 11:22 |个人分类:探索与实践|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 装配式基层, 银锭扣

郭高与银锭扣的奇遇

一、认识卯榫

要做装配式路面基层,最初的想法是利用卯榫结构加固混凝土板的接缝强度。纵缝通常有三种形式:

第一种不设拉杆的平缝或假缝。由于在使用过程中,其缝隙会逐渐变宽而失去传荷能力,类似于自由纵边;

第二种设拉杆的平缝或假缝。由于拉杆被相邻板拉住,具有一定的传荷能力;

第三种设拉杆的企口缝。企口缝比平缝的传荷能力更大一些。国内外的实践表明企口缝容易产生破坏,其原因有:榫舌尺寸过大,降低接缝处的强度,并可能导致槽舌的破坏;大而深的企口,在浇筑混凝土时漏浆,槽舌和棱角变形,拆模困难,震动大常给企口造成早期损伤,甚至震坏企口,重新修补。这些损伤以细微纹缝与阴企口,在重复荷载作用下,产生局部应力集中,导致裂缝发展直至破坏,因此施工比较麻烦。

既然企口缝传荷能力好,只是施工方法不当,可以重点研究卯榫,改进结构细节。

卯榫按结合方式可以分为自带卯榫、现浇卯榫、外置卯榫(银锭扣)三类。

1、自卯榫

自卯榫是单个预制块侧面设置有凸、凹的卯榫,并按凸凹相互结合进行装配,即为自卯榫链接。联锁路面砖是采用自卯榫链接的典型。

2、现浇卯榫(现浇银锭扣)

现浇卯榫是在混凝土预制块侧面留有楔形孔洞,预制件装配后浇筑灌浆料,并使灌浆料充满预留孔洞形成银锭扣结构,达到稳固作用。

3、外置卯榫(预制银锭扣)

传统木匠打造家具时,并不使用钉子,而是在一个木方端部留卯头,在另一个木方端部凿出卯槽,两者相互结合形成卯榫结构。

北京琉璃河大桥及卢沟桥所使用的银锭扣卯榫结构,也是利用卯榫固定相邻的石料来保证桥梁结构的稳定。这类卯榫结构,没有使用现代的钢筋或螺栓连接,仍然具有极佳的稳定特征。

在查阅北京卢沟桥、琉璃河桥资料过程中,接触到银锭扣这个名词,经过现场考察深刻感受到我们祖先的智慧,使用一颗小小的银锭扣嵌锁石块的桥梁居然可以历经700余年的风雨依旧坚若磐石。银锭扣见图1-21

 


从照片上看到,银锭扣是典型的卯榫结构,它的特点是采用两个卯榫小端相对构成一个工件的形式,设置在相邻的两个石块接缝处,起到拉住石块限制相互间发生位移的目的。

三类卯榫的共同特点是可以建立二维稳定结构。道路基层是单层薄板,需要建立板体稳定性。传统卯榫抗剪断面小,承担垂直荷载能力差,需要对传统卯榫进行改进,使之在装配后能够形成三维稳定结构。

二、银锭扣的蝶变

银锭扣:古代建筑中用于紧箍相邻石料的专用件。材料用铸铁制造,呈双梯形小边对接样式。北京琉璃河桥样式,用于桥面栏杆基座处。总长22 cm; 梯形长边宽12 cm; 梯形窄边宽7 cm; 厚125px; 山海关九门口桥样式,用于桥下河面位置,防止洪水冲刷。总长:19 cm; 梯形长边宽:11 cm; 梯形窄边宽:厚5 cm;


            北京琉璃河大桥使用的银锭扣                    

经过分析认为《银锭扣》可以提供平面内X、Y轴两个方向的嵌锁能力。对于垂直方向没有约束,而作为道路基层结构最首要的是提供垂直约束保障。

2012年10月就在这个收获的季节里,想到将《银锭扣》的一半转动90度再压缩到一起的方案。这是在《银锭扣》基础上的蝶变与升华,原始银锭扣是用来紧固两个相邻的块石,银锭扣是紧固件,系统由两个部件组成。现在经过升级改造的银锭扣是预制块本身,只用银锭扣与银锭扣相互嵌挤即可实现装配,预制块即是结构主体同时其自身也是紧固件。新版银锭扣不但将原有二维度稳定功能升级到三维度稳定,还进一步优化系统总体结构,将由两个构件组成的系统简化为仅使用一个构件同时实现承重与连接的最简单的系统。

赵州桥使用传统银锭扣至今已1400余年,在郭高见过之后,思维跨越千年,传承并发展古代工匠的技术用于道路基层工程。



 




升级版银锭扣组合后的样式





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