古建筑木结构的承载及抗震机理

从古建筑木结构的材料劣化损伤、材性衰退、柱脚节点、榫卯节点缝隙与性能、斗栱性能与构架性能等几个方面探讨古建筑木结构的承载机理。从宏观和微观尺度分析古建木构材料性能,建立构件层次的古木材性时变模型;提出木柱摇摆-抬升的力学模型及精细化分析方法;建立榫卯节点缝隙概率分布模型,构建榫卯节点模型及分析方法;分析单朵斗栱力学性能及斗栱层的协同作用;通过摇摆木构架的试验和理论分析总结节点摩擦耗能、重屋盖高位储能、构架长周期摇摆释能的综合抗震机理。     

古建木结构榫卯连接的扁钢加固试验

通过比例为1:3.52的古建木结构模型振动台试验,研究了用Q235扁钢加固榫卯连接节点的加固性能及效果.对模型加固前后的加速度、位移时程响应、自振频率和阻尼比进行了对比分析.结果表明加固后结构刚度略有提高,但符合刚度等效的加固原则,榫卯结构耗能转变为主要依靠扁钢屈服后塑性变形耗能,有效阻止了结构榫卯节点的破坏.从而验证了榫卯连接的扁钢加固方案是可行的,可为古建筑木结构抗震加固提供一种方法.     

山地古建筑木结构抗震性能研究评述

山地古建筑木结构是中国古建筑的重要组成部分,因其柱底不等高约束而与平地古建筑木结构存在建筑布局、结构特点和抗震性能等方面的差异。近年的古建筑震害调查表明：高烈度区山地古建筑木结构的破坏程度一般重于平地古建筑木结构。为更好地保护山地古建筑木结构,阐述了山地古建筑木结构的基本概念,总结了山地古建筑木结构的建筑特点、结构形式和结构特点,根据多次古建筑震害调查结果,分析了山地古建筑木结构的基础破坏、柱脚滑移、榫卯破坏、柱架扭转、屋面破坏和构架垮塌等典型震害特征及其震害原因,并指出其与平地古建筑震害的异同,从动力特性、分析模型、抗震机理、破坏模式和加固方法等方面阐明了山地古建筑木结构抗震研究的关键科学问题,为后续抗震性能研究指明思路和方向。     

中国古建筑木结构随机地震响应分析

为保护古建筑,采用绝对位移直接求解的虚拟激励法,利用ANSYS有限元分析软件的谐响应分析模块,以故宫神武门为例,研究了均匀地面运动下古建筑木结构的随机地震动响应特征。建立了神武门的有限元模型,通过模态分析,获得了神武门的基频;通过一致均匀地面运动平稳激励作用下结构的响应分析,获得了结构典型节点的位移和加速度响应功率谱,并讨论了榫卯节点、斗木共、侧脚及基底滑移等构造的影响。研究表明:神武门的基频为1.07 Hz,在一致均匀地面平稳激励作用下,结构位移及加速度响应功率谱的峰值在与结构体系基频相同值时发生;榫卯节点、斗木共、侧脚及柱础浮搁等构造均有利于结构发挥抗震性能。     

滑动屋盖被动控制在高层抗震中的应用

包头市同心创业大厦采用滑动屋盖被动控制减震系统进行抗震设计,屋盖与结构之间设置滑动层并用弹簧板对其进行连接,控制系统采用独立关联算法主要对其参数刚度和摩擦系数进行优化,本文主要探讨最优刚度取值对减震效果的影响.     

西安永宁门箭楼结构及抗震性能分析

为获取中国木结构古建筑保护和修缮中的技术参考依据,以西安城墙永宁门箭楼为研究对象,采用SAP2000有限元软件中摩擦摆隔振单元模拟柱脚平摆浮搁式连接、橡胶隔振单元模拟斗栱层及虚拟弹簧单元模拟榫卯连接,建立了结构空间有限元模型,并进行动力分析。通过3个模型(柱脚刚接、铰接和平摆浮搁连接)的模态对比分析,发现平摆浮搁连接方式能够延长结构的周期,其中前三阶周期变化较明显,分别比柱脚刚接、铰接时延长了约72％和24％;通过反应谱和动力时程分析,得到各个层面的动力放大系数,结果表明,木结构古建筑的隔震性能主要体现在柱脚、梁柱榫卯连接和铺作层部位;耗能分析结果表明,输入的地震能量大部分被结构自身的振型阻尼(平均74.32％)和结构的连接(11.89％)所消耗。     

明代徽派木结构古民居抗震性能分析

利用有限元分析软件ANSYS,对明代徽派木结构古民居进行地震作用下的抗震性能分析。榫卯节点是半刚性节点,采用弹簧单元作为榫卯节点与各个构件之间的连接单元,模拟榫卯的半刚性连接,进行时程分析,找出受力最大和最小的部位,得出了古民居的动力放大系数,并对徽派木结构古民居抗震性能进行了研究。分析结果表明木结构古民居具有较好的抗震性能,其抗震性能主要是通过构架的变形、摩擦滑移来实现的。     

古建筑木结构燕尾榫节点刚度分析

通过对典型燕尾榫榫卯连接的模型低周反复荷载试验,研究了榫卯半刚性连接特性和刚度退化规律.试验得出榫卯连接的弯矩一转角滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了弯矩一转角的关系方程和榫卯接节点恢复力模型,由实验结果给出了木结构榫卯连接刚度的非线性变化.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

含内嵌卯口耗能器的榫卯节点抗震性能试验研究

针对木结构榫卯节点抗震加固和性能提升的需求,提出采用内嵌卯口耗能器增强榫卯节点性能的技术,并制作了包括未增强、单层增强及双层增强的5组缩尺榫卯节点模型。通过开展抗震性能试验研究,对不同厚度、层数的卯口耗能器增强榫卯节点与未增强榫卯节点的抗震性能进行对比,分析了不同参数的卯口耗能器对榫卯节点抗震性能指标的影响。结果表明:内嵌卯口耗能器具有双向耗能、多点屈服、可设计性强等特点,可大幅提升榫卯节点的抗震性能,有效抑制节点的拔榫现象;耗能器增强节点相较于未增强节点,承载力有小幅提升,耗能能力有大幅提升,而初始刚度有50倍以上的大幅提升;耗能器的钢板厚度和层数是影响榫卯节点抗震性能的主要因素,且厚度对于耗能器加固榫卯节点力学性能的影响最大;与单层耗能器相比,双层耗能器对榫卯节点的加固性能更加卓越。     

某钢筋混凝土仿古建筑结构抗震性能研究

以河南省许昌市某钢筋混凝土仿古建筑为研究对象,在考虑由木结构半刚性节点转化为钢筋混凝土刚性节点的基础上,采用ABAQUS软件建立空间有限元模型,通过对有限元模型进行模态分析和地震反应时程分析,并对柱脚刚接以及半刚性连接时的自振周期进行对比,对其在地震荷载作用下的承载能力及变形能力进行研究.研究结果表明:该结构柱脚的半刚性连接能够减小传递到上部结构的水平地震作用,具有良好的抗震性能,为今后的仿古建筑工程及古建筑修缮工程提供相应的理论参考.     

马口铁加固古建筑抗震试验

采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后木构架的抗震性能.基于故宫太和殿三次间的相关尺寸,制作了1∶8的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型,采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了加固前后的构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力.结果表明,马口铁加固榫卯节点后,马口铁对榫卯节点的约束作用在一定程度上减小了节点拔榫量,提高了构架的侧移刚度及承载力;加固后的构架刚度退化不明显,变形能力较强,但是耗能能力减弱.     

故宫同道堂木结构的残损分析及保护建议

古建木结构是华夏民族的宝贵财富,但历经数百年服役后存在不同类型和程度的残损现象,降低了结构的安全性能。选取北京故宫内的同道堂为研究对象,通过现场勘查和残损分析,获得结构柱框层、斗栱层和梁架层中典型的残损类型、特征、影响、数量和分布规律,并对其残损成因进行归纳,提出相应的保护建议。结果表明:结构的残损类型主要包括构件开裂、糟朽、缺失、歪闪、分离和榫卯节点拔榫等,其中,斗栱层残损状况最为复杂和严重;结构残损成因可归纳为材性退化和木材缺陷、生物侵蚀和自然环境变化、长期复杂的荷载效应以及不合理的修缮措施;建立结构健康监测系统、加强生物病害防治、推进木结构力学性能的基础研究等是古建筑保护和修缮的重要基础和手段。     

组合节点刚度对组合框架的抗震性能影响分析

为研究钢-混凝土组合节点刚度对组合框架抗震性能的影响,首先讨论了组合节点的刚度及其影响因素,然后通过某多层钢结构工程实例,利用Ansys有限元软件建立了纯钢框架与组合框架,分别假定刚接及考虑节点刚度等共4种框架模型,进行了多遇地震反应谱分析及弹性时程分析,并进行了计算对比.计算结果表明,考虑钢框架的组合作用后,结构整体自振周期变短,基本自振周期降低了13.4%,说明结构整体刚度变大.但考虑节点刚度后,地震周期又有所加大,纯钢框架及组合框架基本自振周期均增大了17%,相应地震位移变大,2种模型的反应谱法分析顶层位移分别增大了8%,11%,说明组合节点刚度对结构的抗震性能是不可忽略的因素.     

中国古建筑动力特性及地震反应

以故宫英华殿为例,引入了反应中国古代木结构榫卯连接的半刚性单元,并将斗简化为三向减震弹簧,建立了有限元模型.通过动力分析,得到了英华殿的前10阶自振周期及振型;通过输入三向天津波进行地震时程响应分析,得到了英华殿跨中部位屋顶节点、柱顶节点及柱根单元的地震响应曲线,并对比分析了榫卯连接、斗及侧脚等构造对地震反应的影响.研究表明:英华殿的基频较低,在x向振动以第一振型为主,在y向振动以第二振型为主,在地震作用下屋顶的加速度响应要小于柱顶,榫卯连接、斗及侧脚等构造措施均有利于减小结构的地震响应.     

CFRP布加固古建筑木构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了CFRP布加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间的实际尺寸,制作了1：8比例的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,其中加固前构架试验做了3组,加固后构架试验做了2组。通过试验,获得了构架的力一侧移滞回曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力。结果表明：CFRP布加固榫卯节点后,虽然构架耗能能力略有下降,但节点拔榫尺寸减小,构架的侧移刚度和承载力提高,刚度退化不明显,且构架具有较好的变形能力,因此具有较好的加固效果。     

穿斗木结构房屋地震响应分析与构造技术研究

穿斗木结构是我国西南农村地区较常见的房屋结构类型.以一种典型穿斗木结构房屋为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立结构整体模型,分析其静力反应、动力特性以及不同强度地震下的响应特性.研究结果表明:该类结构平动第二周期与扭转第一周期较为接近,有可能发生平扭耦联现象;不同强度地震下,加速度响应均在柱底最大,越往上越小,而位移响应均在柱顶最大,越往下越小;结构中的榫卯属于抗震有利部件,能够吸收和耗散地震能量,使结构顶部加速度响应较小,但由于节点的半刚性特点及纵向刚度较小,使结构整体性较差,造成顶部位移响应较大;基于有限元分析结论与实际施工特点,提出在中柱间设置剪刀撑,在梁下设置枋,加强檩条、柱、梁之间的连接,加强围护墙体与构件的连接等措施来提高穿斗木结构房屋的抗震性能.     

木结构榫卯节点抗震性能及加固对比试验研究

为研究不同加固措施对木结构榫卯节点抗震性能的影响,参照西南地区传统木结构典型榫卯节点做法,制作透榫、半榫和燕尾榫3类共5组榫卯节点试件开展节点拟静力试验,其中4组分别采用扒钉、钢板和木条(两组)加固.对比研究加固与非加固节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、节点拔榫量和耗能能力等抗震性能参数.结果 表明:未加固榫卯节...     

扁钢加固古建筑木结构残损节点的性能分析与设计方法

基于扁钢加固残损榫卯节点的加固方式及破坏形态,对扁钢加固残损节点的受力性能进行分析.根据课题组进行的残损节点加固试验,提出扁钢加固古建筑木结构残损节点的抗弯承载力计算公式,给出合理的加固设计建议,为古建筑木结构的修缮加固提供理论依据.     

古建筑榫卯节点加固方法振动台试验研究

为保护古建筑,采用振动台试验方法,研究了中国古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法。基于某古建筑的实际尺寸,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,其中梁和柱采用燕尾榫形式连接。分别考虑马口铁、钢构件和CFRP布加固榫卯节点,进行了振动台试验。通过白噪声激励,获得了构架加固前后的基频及阻尼比;通过输入不同加速度峰值的El-Centro波,获得了典型节点的位移响应、加速度响应及减震系数等抗震参数。结果表明,构架加固前后的基频J（钢构件）〉J（CFRP布）〉J（马口铁）〉J（未加固）;阻尼比D（未加固）〉D（马口铁）〉D（钢构件）〉D（CFRP布）;构架位移响应峰值umax（CFRP布）〈umax（钢构件）〈umax（马口铁）;构架加速度响应峰值amax（钢构件）〈amax（CFRP布）〈amax（马口铁）;减震系数β（钢构件）〈β（CFRP布）〈β（马口铁）。因此,对于不同的加固方法而言,马口铁最差,CFRP布较好,钢构件最佳。     

古建筑榫卯节点加固方法振动台试验研究

为保护古建筑,采用振动台试验方法,研究了中国古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法。基于某古建筑的实际尺寸,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,其中梁和柱采用燕尾榫形式连接。分别考虑马口铁、钢构件和CFRP布加固榫卯节点,进行了振动台试验。通过白噪声激励,获得了构架加固前后的基频及阻尼比;通过输入不同加速度峰值的El-Centro波,获得了典型节点的位移响应、加速度响应及减震系数等抗震参数。结果表明,构架加固前后的基频J(钢构件)>J(CFRP布)>J(马口铁)>J(未加固);阻尼比D(未加固)>D(马口铁)>D(钢构件)>D(CFRP布);构架位移响应峰值umax(CFRP布)相似文献