考虑高径比影响的木结构柱抗侧能力试验研究

古建筑木结构柱的抗侧能力对木构架整体稳定性有着重要影响。为研究木柱抗侧能力,考虑高径比影响,参考宋《营造法式》制作三个不同高径比的足尺木柱模型。通过低周反复荷载试验研究木柱的受力特征、水平力-位移滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、刚度退化规律和延性等力学特性,并分析高径比对上述性能指标的影响,提出木柱荷载位移简化模型。试验结果表明：在反复荷载作用下,木柱出现摇摆现象;木柱水平力-位移滞回曲线形状呈S形,具有捏拢效应;在较小侧移下,木柱具有较好的抗侧能力,其抗侧刚度随柱头位移增加呈先快后慢的非线性退化规律;高径比越小,木柱的耗能能力、抗侧刚度和延性越高,其对抗侧刚度的影响随位移增加而逐渐减小;根据试验结果建立了包含弹性段、屈服段、平台段和退化段的四线型荷载位移简化计算模型,可为古建筑木结构整体抗侧能力分析提供参考。     

基于摇摆与剪切协同的柱脚叉接木框架抗侧荷载-位移曲线模型

榫卯连接木框架是传统木结构中的基本承力构件,研究表明其在竖向和水平荷载共同作用下具有摇摆和剪切两种抗侧机制。文章综合考虑木框架摇摆与剪切变形,根据变形协调和弯矩平衡条件,推导竖向荷载和水平荷载共同作用下,柱脚叉接榫卯连接木框架抗侧荷载-位移关系的曲线模型,提出木框架抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度和下降段刚度的计算方法。基于叉接柱脚木框架抗侧试验对模型进行验证,结果表明:理论模型与试验结果吻合较好,模型计算结果误差小于15.5%。理论研究成果对于传统木结构抗震性能分析和设计具有参考价值。     

单层殿堂式古建筑木结构动力分析模型

殿堂式古建筑木结构由于其独特的构造特点而具有与现代建筑结构不同的抗震性能,现有的结构动力分析模型对于古建筑木结构不再适用。基于其水平地震作用下的受力性能及动力破坏形态,给出了关键构件的简化分析模型,将柱架简化为“摇摆柱”,将枓栱铺作层简化为“剪弯杆”;根据简化分析模型及整体结构质量分布情况,提出了单层殿堂式古建筑木结构的两质点“摇摆-剪弯”动力分析模型;结合构件试验以及动力学理论推导得到了动力分析模型不同受力状态下各参数的计算方法及适用范围,并与振动台试验结果进行对比。结果表明,提出的动力分析模型可以较好地反映单层殿堂式古建筑木结构在水平地震作用下的动力反应。     

单层铰接排架柱二阶效应计算

在荷载作用下的单层铰接排架,可通过排架分析求得柱顶剪力。另外,柱顶原来作用有由屋盖重量等引起的压力及弯矩,柱的侧面还可能作用有均匀分布的水平风荷载以及吊车横向水平刹车力等,柱上作用力均为已知。在这些荷载作用下,柱子会发生侧移,又因为柱顶有压力,从而产生二阶效应,在计算中应予以考虑。根据排架柱柱顶及侧面的作用力,考虑柱的重力二阶效应,求取柱顶侧移、柱底弯矩以及柱高范围内截面的最大弯矩。通过对等截面排架柱重力二阶效应的理论分析,得出计算公式。对于单阶变截面排架柱,则将其分为上、下段,根据上、下段联接处的变形协调条件,利用这些公式也可进行重力二阶效应的计算。通过几个排架柱的例题计算表明,提出的计算方法切实可行、简易方便、结果可靠。     

高强混凝土短柱的抗剪强度

通过对轴向荷载和水平低周反复荷载作用下高强混凝土框架短柱的试验研究,得出了高强混凝土框架短柱抗剪强度的计算公式,计算结果与试验值较为吻合。     

基于摇摆柱的古建筑木结构柱脚节点力学模型研究

在古建筑木结构中,木柱通常直接平摆浮搁于础石之上,形成只有受压而无受拉能力的柱脚节点。在地震作用下,木柱会发生摇摆,柱脚为半刚性节点。为研究地震作用下古建筑木结构柱脚节点的摇摆机理,对柱脚节点的受压状态进行分析,并对木柱的摇摆过程进行分类,给出了不同摇摆过程的判定条件,建立了柱脚节点的弯矩-转角（M-θ）力学模型;通过与柱脚节点的弯矩-转角曲线试验结果进行对比,验证了该力学模型的正确性;将该M-θ力学模型应用于古建筑木结构的地震分析中,分别建立了柱脚半刚性连接和铰接的数值模型,并与振动台试验结果进行对比。研究结果表明：木柱的摇摆过程可分为全截面弹性摇摆、小截面弹塑性摇摆、大截面弹塑性摇摆以及全截面弹塑性摇摆等4类;采用M-θ力学模型得到的柱脚节点弯矩-转角曲线计算结果与拟静力试验结果的差异在10%以内;与铰接的柱脚节点相比,采用柱脚半刚性连接计算的古建筑木结构在地震作用下的动力响应更接近振动台试验结果,结构的加速度峰值、位移峰值与振动台试验结果的差异均在20%以内。     

配置柱靴胶合木柱抗震性能试验研究

为减轻胶合木结构的地震损伤和提升结构抗震性能,提出在木柱柱脚套入钢质柱靴,柱靴通过设置碟形弹簧的高强螺栓与基础连接,形成一种基于摇摆原理的配置柱靴胶合木柱。对4个1/2缩尺的配置柱靴胶合木柱进行了低周反复荷载试验,研究了柱靴底板宽度、碟形弹簧初始预紧力与刚度对木柱抗侧力、滞回性能及自复位性能等的影响。结果表明：不同于普通螺栓钢填板柱脚的横纹劈裂破坏,配置柱靴胶合木柱主要表现为与柱靴接触部位木材的横纹局部损伤;在竖向荷载和碟簧预紧力的共同作用下,配置柱靴胶合木柱的滞回曲线为典型的“双旗帜形”,木柱表现出良好的自复位能力和耗能能力;增大柱靴底板宽度、碟形弹簧初始预紧力和刚度,均会增大木柱的抗侧力、耗能能力与自复位能力。在分析配置柱靴胶合木柱工作机理的基础上,建立了配置柱靴胶合木柱弯矩-位移角简化模型,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

柱承重模块化钢框架抗侧刚度足尺试验与理论计算方法研究

作为高度集成的预制装配化建筑形式之一,柱承重箱式模块化钢结构建筑因成本低、效率高和节能环保等优势成为工业化建筑结构的发展热点。为得到该类结构在水平荷载作用下的受力性能,提出基于D值法的修正分析方法,并对足尺双层单跨柱承重箱式模块化钢结构进行水平荷载作用下的受力性能试验,得到了结构的整体抗侧刚度,分析了加载过程中结构的受力和变形特征,提出了结构在水平静力荷载作用下的简化分析模型,并对其准确性进行了验证。结果表明：柱承重箱式模块化钢结构能够较好地抵抗水平荷载作用,在达到现行规范要求的柱顶位移限值时节点未出现明显破坏;采用简化分析模型能够快速地计算箱式模块化钢结构的抗侧刚度,其结果比传统理论计算方法的更为精确。     

钢筋混凝土柱荷载-变形计算的理论模型

为得到轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形曲线,利用简化的修正压力场理论描述剪切特性以及符合平截面假定的弯曲理论描述弯曲特性,并认为柱端产生的总水平变形主要由弯曲变形、剪切变形和钢筋滑移引起的变形组成,提出了一种分析轴向荷载及水平荷载作用下钢筋混凝土柱荷载-变形的新方法,它可模拟钢筋混凝土柱弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏的过程;最后将荷载-变形计算结果与15根矩形柱的低周反复荷载试验结果进行了对比分析。研究结果表明:按本文方法计算的荷载-变形计算结果与滞回曲线的外包线基本一致,可用于轴向荷载和水平荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形性能分析。     

混凝土T形边柱的板柱连接抗震性能试验研究

通过2个大比例T形边柱的板柱连接试件(其中1个试件配置抗冲切锚栓)在竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的试验,探讨了T形边柱的板柱连接在模拟地震作用下的裂缝形态、破坏特征、混凝土以及钢筋的应变、滞回特性、位移延性等一系列受力特性。试验研究表明,T形边柱的板柱连接与传统方形边柱的板柱连接除破坏形态有所差异外,其受力性能基本类似,2个试件的极限侧移比都远超过了1.5%的侧移比限值要求,因此在板柱结构中引入T形边柱是可行的;配置抗冲切锚栓可以显著地提高T形边柱的板柱连接的承载能力和延性。此外,根据试验给出了T形边柱的冲切临界面形式,并提出了其类似极惯性矩的计算公式,从而使T形边柱的板柱连接可以应用现行规范的方法进行承载力分析计算,采用该方法的理论分析结果与试验结果符合较好。