穿斗式纵向木构架抗震性能试验研究

为了研究穿斗式木结构纵向木构架的抗震性能,并与横向木构架的抗震性能进行对比分析,依据黔东南地区穿斗式木结构的构造形式,设计并制作了单层两跨纵向木构架和横向木构架足尺模型,通过低周往复加载试验,研究了木构架模型的失效模式、滞回性能、刚度退化规律和延性等力学性能,基于骨架曲线特征提出了穿斗式木结构的双折线荷载-位移简化模型,从能量角度定量分析了纵向木构架的抗震机理。结果表明：纵向木构架的榫卯搭接节点在榫颈处发生断裂,为结构的薄弱环节;纵横向木构架均具有较好延性,但抗侧刚度较低,在水平荷载作用下易发生倾斜;柱脚抬升在穿斗式木结构抗震中发挥的作用较小,达到一定位移后,穿斗式木结构主要通过滞回耗能抵抗地震作用。     

秦氏旧宅厅堂木构架体系动力性能分析

为了保护现存文物建筑并对其进行维修设计,以秦氏旧宅厅堂木构架建筑为研究对象,建立有限元模型并进行动力性能分析。采用模态分析探讨木构架体系的动力特性,对木构架进行罕遇地震作用下的动力时程分析。结果表明:结构第1阶振型的自振周期为2.112 7 s,体现木构架建筑的长周期特性;纵向刚度小于横向刚度;节点刚度对结构振动模态影响显著;随着梁架层高度的增加,各梁架层的位移峰值随之增大;各梁架层加速度峰值随着梁架高度增加有减小的趋势,层间动力放大系数均在1左右;榫卯连接起到耗能减震的作用,其中七架梁层处的榫卯结构耗能效果最为显著;所得研究成果可为同类木构架体系的保护、修缮提供技术支持。     

古木结构中抬梁式和穿斗式木构架受力性能试验研究

为从木构架层次把握我国古建筑木结构的基本受力性能,根据相关文献和现场测绘设计并制作了抬梁式木构架和穿斗式木构架各1榀,进行了恒定轴压下的水平单调加载试验。通过试验研究获得了两类典型木构架的破坏模式、荷载-位移关系、榫卯节点的破坏形态、柱顶侧移-加载位移关系、榫卯节点的拔榫量-转角关系等。研究结果表明,在加载过程中,木构架中榫卯节点逐个破坏,半榫节点发生脱榫破坏,透榫发生变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧受弯破坏,最终两榀木构架均发生整体倾覆破坏;抬梁式木构架和穿斗式木构架的极限位移角分别为1/6.6、1/4.0,均具有良好的变形能力,但抬梁式木构架的水平荷载承载效率明显低于穿斗式木构架;柱顶侧移随着加载位移的增加而近似线性增加;榫卯之间的初始缝隙在加载初期逐渐闭合,会引起部分榫卯节点拔榫量为负值,之后,主要榫卯节点的拔榫量随节点转角的增大而增大。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明:木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。     

3种材料加固古建筑木构架榫卯节点的抗震性能

采用扒钉、CFRP布(碳纤维增强塑料布)和钢箍3种材料加固古建筑木构架榫卯节点.通过人工加载方式,进行低周反复加载试验,分析3种材料加固后榫卯节点M-θ(弯矩-转角)滞回曲线、M-θ均值骨架曲线、耗能能力、刚度退化和延性的变化,对比了3种材料加固榫卯节点的抗震效果,并对3种材料在木构架加固工程中的应用提出建议.结果表明:榫卯节点加固前后均有良好的变形能力;CFRP布加固节点承载力＞钢箍加固节点承载力＞扒钉加固节点承载力;CFRP布加固节点耗能能力＞钢箍加固节点耗能能力＞扒钉加固节点耗能能力;CFRP布加固节点刚度退化＞扒钉加固节点刚度退化＞钢箍加固节点刚度退化;CFRP布加固节点延性＞扒钉加固节点延性＞钢箍加固节点延性.建议扒钉用于小型木构架加固;CFRP布用于中小型木构架加固;钢箍用于中大型木构架加固.     

传统穿斗木结构榫卯节点附加黏弹性阻尼器振动台试验

通过对一个两层、足尺、长宽高为3.8m×3.6m×3.9m的穿斗式木结构房屋模型的榫卯节点附加黏弹性阻尼器进行振动台试验,研究了结构的抗震性能,并对0.07g、0.4g两种峰值加速度下进行了榫卯节点附加阻尼器和未附加阻尼器的进行了振动台对比试验。试验结果表明：榫卯节点附加了黏弹性阻尼器后节点刚度增大,减小了半刚性榫卯节点的转动能力,并使结构在地震激励作用下的变形恢复能力得到了大幅提高,经过多次重复地震,即使经历0.95g的地震激励后,结构模型也未发生明显倾斜破坏;结构一层柱顶榫卯节点最先发挥减震耗能作用,动力放大系数随着地震激励增加呈减小趋势,由于结构两个方向刚度及质量分布的不均匀,X、Y方向动力放大系数有差异,X方向动力放大系数在1.2519~0.7775之间,Y向1.8779~1.1152之间。榫卯节点附加黏性阻尼器达到了小震下减小层间位移角,大震下增强榫卯节点变形恢复能力的目的。     

穿斗式木构架结构与轻型木结构抗震性能振动台试验研究

通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验,对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下,柱顶水平加速度反应会减小,动力放大系数在0.46~0.57之间,柱顶位移会增大,在输入峰值加速度大于0.4g后,柱与础石之间会产生较大的滑移,卯榫节点也会产生较大变形,从而耗散大量的地震能量,使得该结构具有明显的减震效果;轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下,柱顶加速度动力放大系数大于1,且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下,仍处于弹性状态。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

上海市里弄建筑抗震性能研究综述

通过对上海市既有里弄建筑的现状调研,阐述了上海里弄建筑结构形式,对穿斗式木结构的受力特点进行分析,总结了里弄建筑的损伤状况,分析与里弄建筑类似结构的震害特点,从整体结构和卯榫节点两方面对穿斗式木构架建筑的抗震性能研究进行综述,对上海市里弄建筑抗震性能研究提出了建议。     

抬梁式木构古建榫卯节点受弯破坏数值分析

榫卯节点是木构古建梁柱连接的典型形式,节点的受力性能对木构架整体稳定性有着重要影响。为保护古建筑,采用数值模拟方法,以抬梁式木构古建的两种典型榫卯节点形式—直榫和燕尾榫为例,研究了弯矩作用下榫卯节点的破坏形式及破坏特征。基于两种榫卯节点的典型构造特征,建立了受弯荷载作用下的有限元模型。通过在梁侧面施加逐步增大的位移荷载(共10mm)来研究两种节点的拉、压、剪应力分布特征及节点的弯矩-转角关系,获得了节点在不同加载值的相应内力峰值及转角刚度变化情况。结果表明:在弯矩荷载作用下,直榫的榫头容易产生拉、压、剪破坏,而卯口相对不易产生破坏;而燕尾榫榫头与卯口都容易产生拉、压剪破坏,且破坏程度比直榫严重;另一方面,燕尾榫节点的转动刚度要大于直榫,因而不易产生转动,一旦发生转动,其破坏的可能性要大于直榫节点。     

榫卯间缝隙对古建筑木结构燕尾榫节点承载性能影响的有限元分析

以宋《营造法式》为标尺,建立分析2个一榀燕尾榫柱架有限元模型,包括节点无缝隙柱架模型和节点有缝隙柱架模型。在不同竖向荷载下,对2种模型进行水平往复加载模拟,得出2种模型的滞回曲线及骨架曲线,以分析屋顶质量和榫卯间缝隙对木结构节点承载性能的影响。结果表明:木结构的屋顶质量越大,结构整体刚度越大,耗能越可观;2种柱架的榫头与卯口之间存在较明显的挤压变形,滞回曲线都呈现"捏缩"现象,但节点有缝隙模型由于榫卯节点之间的缝隙导致节点紧密度下降,其滞回环饱满度差,结构耗能能力弱,抗震性能差。通过对比分析节点无缝隙和有缝隙模型的计算模拟结果,得出燕尾榫榫卯节点的破坏方式和缝隙对燕尾榫柱架造成耗能减少、刚度降低的影响,为古建筑抗震性能研究和榫卯节点处修缮加固提供借鉴。     

传统民居穿斗式木结构栓榫节点抗震性能试验研究

以川西传统民居穿斗式木结构中的栓榫节点为研究对象，参照当地典型工程，制作了4个缩尺比为1∶1.33的榫卯节点，并对其进行低周反复加载试验，得到了栓榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标；利用ABAQUS软件建立有限元模型，分析梁截面高度和栓子截面尺寸对榫卯节点承载力的影响。结果表明：节点的破坏形态主要为半榫节点榫头拔出、采用方形栓子节点榫头发生剪切破坏、采用圆形栓子节点榫头发生折断破坏；柱子基本完好，榫头破坏较为严重；所有节点的弯矩-转角滞回曲线均呈Z形，滞回环的捏拢效应较为明显；采用方形栓子节点的受弯承载力、转动刚度和耗能能力均大于半榫节点，且随着方形栓子截面尺寸的增大而逐渐增大；栓榫试件破坏时节点转角均大于半榫试件，说明栓子的存在能够提高榫卯节点的变形能力；枋截面高度对榫卯节点承载力影响较大，方形栓子边长和圆形栓子直径分别为10~30mm和10~20mm时较为合理。研究结果可为传统民居穿斗式木结构的定量参数化设计和抗震性能分析提供参考。     

柱脚损伤木构架的抗震性能研究

为了研究柱脚损伤对古建木构架抗震性能的影响,研制了2种不同损伤工况、缩尺比例为1∶3.52的6个直榫木构架试件,对试件进行水平低周往复加载试验,得到了不同损伤柱脚下木构架的破坏形态与滞回性能,进一步分析讨论了损伤木构架的骨架曲线、刚度退化曲线、耗能曲线。研究结果表明,随着柱脚损伤程度的增大,木构架滞回曲线的饱满程度和峰值逐渐降低,骨架曲线的趋向平缓,等效黏滞阻尼系数也逐渐减小,木构架的抗震性能逐渐下降。     

湖南省某穿斗木结构设计及抗震性能分析

为研究穿斗式木结构的结构特性及抗震性能,以位于湖南省抗震设防烈度6度区的穿斗式木结构图书馆为原型,在考虑节点半刚性特性的基础上,通过ETABS软件进行建模,对结构进行内力、变形计算和截面验算,并通过时程计算得到结构在多遇地震作用下的柱底剪力、层间位移角等地震响应。结果表明:榫卯节点在受力过程中经历了弹性阶段和塑性变形阶段;穿斗木结构在小震作用下整体变形特性良好,中震作用下结构的侧向变形较大;在地震作用下,柱脚易出现拉力,失效模式表现为柱脚滑移导致局部破坏,在工程中可采用锚杆或插板螺栓连接的方式对柱脚进行锚固。     

故宫古建筑梁柱榫卯连接的智慧技术

榫卯节点是我国木构古建筑构件之间连接的主要形式。为有效保护古建筑,以故宫古建筑柱与梁连接的榫卯节点为研究对象,研究榫卯节点在古建筑运用中的智慧技术,归纳梁柱连接所用榫卯的形式及应用范围,分析不同榫卯节点的安装智慧,探讨榫卯节点的抗震智慧,论述榫卯节点的建筑艺术,结果表明故宫木构古建筑梁柱榫卯节点类型丰富,安装方式合理有效,抗震效果好,外观及功能与艺术一体,榫卯节点的运用技术体现了古代工匠的智慧。     

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。     

基于有限元的云南木结构民居榫卯节点的静力性能分析

云南典型的木结构民居通常采用榫卯连接,文章采用有限元软件ABAQUS建立带榫卯连接的单间一榀的木构架计算模型,通过摩擦接触模拟榫卯节点,并分析得出木构架及榫卯节点在竖向静力荷载作用下的应力及变形状态。     

江浙地区早期传统木构建筑典型榫卯节点受力性能试验研究

对江浙地区早期传统木构建筑中常用的镊口鼓卯、双榫和单榫在低周反复荷载作用下的受力性能进行了研究。通过试验获取该3种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、转角刚度、延性系数及耗能能力。结果表明:3种榫卯节点的滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性。该3种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。对于极限转角、弹性刚度和延性系数而言:镊口鼓卯大于双榫,双榫大于单榫。耗能能力总体随着节点转角的增大而减小,镊口鼓卯的耗能能力大于双榫的耗能能力,双榫的耗能能力大于单榫的耗能能力。研究结果可为江浙地区早期传统木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础。     

榫卯式预制装配钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为适应建筑工业化中装配效率的要求,提高预制装配式钢筋混凝土结构结点的力学性能,文章参考古建筑榫卯节点做法,构件连接采用榫卯式连接型式。首先进行了榫卯式连接柱和现浇柱拟静力试验,然后对比分析了新型连接柱与现浇柱试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能能力、承载力、位移延性系数、极限位移角等参数的差异。研究结果表明:榫卯式预制装配钢筋混凝土柱节点在加载过程中没有出现节点位置破坏,承载力高,其抗震性能指标不弱于钢筋混凝土现浇柱。