单层楼阁式木架动力与耗能性能试验研究

中国传统楼阁式木构由柱基层、柱架层、铺作层和屋架层组成,地震作用下各结构层间出现的非线性响应表明了楼阁式木构是一个高度非线性的结构体系,其中蕴含了丰富的减隔震机理,而整体楼阁式木架的抗震机理复杂且各结构层协调工作机制、动力及耗能性能尚未被完全揭示。为了探究楼阁式木架的动力及耗能性能,基于先前研究内容对1/16缩尺的观音阁单层木架简化模型进行了振动台试验。将三条地震波缩尺并调整地震动峰值加速度（PGA）后输入,分析木架在单向地震激励下的动力响应。试验结果表明,当输入地震动加速度较小时,三条地震波作用下木架响应都较小,当输入地震动加速度较大时,三条地震波作用下木架均会出现柱摇摆、柱脚滑移和柱脚提离等结构响应;木架层间位移角主要由柱架层提供,且随着PGA增大,铺作层层间位移占比减小,柱架层层间位移占比增大。基于试件位移响应和加速度响应,进而分析木架表现出的滞回特性,结果表明在柱摇摆前滞回曲线呈现较大初始刚度,在柱摇摆后滞回曲线呈现二阶刚度,在柱脚提离后滞回曲线呈现负刚度;同时对不同地震激励下的木架累积耗能及耗能占比进行了分析,结果表明,随PGA增大,柱脚摩擦滑移耗能占比越大,且PGA越大,柱架层摇摆耗能占比越大,铺作层耗能占比越小。     

木结构古建筑抗震性能参数分析

不同构造形式及其参数取值对木结构古建筑的动力特性及抗震性能有直接影响,因此研究参数变化对结构动力性能的影响规律,对于木结构古建筑的修缮与加固保护具有重要的指导意义。基于宋代《营造法式》制作了某单层单开间殿堂式木结构模型,建立了考虑柱础滑移隔震、榫卯半刚性连接及斗栱减震性能的空间杆系有限元模型,并与单向水平地震激励下的振动台试验进行了对比;通过参数分析探索了木结构斗栱、榫卯及屋盖等不同构造方式及相应结构参数取值的改变对其抗震性能的影响。结果表明:随着斗栱刚度的增大,整体结构的自振频率收敛于上限2.08 Hz,且其耗能减震作用逐渐变弱;随着榫卯节点的刚度逐渐变大,整体结构的自振频率收敛于上限3.26 Hz,柱脚的滑移量会随之增大而柱架侧移却随之减小,而榫卯节点刚度的减小在减少柱脚滑移量的同时会使得柱架的侧移变形大大增加,榫卯节点的刚度变化对结构自振频率的影响程度大于斗栱刚度;屋盖质量的增加会降低结构的自振频率,增大斗栱的水平变形,提高整体结构的抗震能力。     

古建嵌固墙体对木构架抗震性能的影响分析——以太和殿为例

现有的古建筑木结构抗震分析模型很少考虑嵌固墙体。为探讨嵌固墙体对木构架抗震性能的影响,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例进行了对比分析。基于榫卯节点及斗拱的力学特性,建立太和殿的2种有限元模型—包括/不包括嵌固墙体。通过模态分析,研究了嵌固墙体对木构架基频及主振型影响;通过时程响应分析,研究了8度常遇地震作用下嵌固墙体对典型节点位移及加速度响应影响;通过谱分析,研究了8度罕遇地震作用下嵌固墙体对木构架整体变形及内力分布的影响。结果表明：考虑嵌固墙体后,太和殿结构基频变大,在墙体部位的振动不明显;8度常遇地震作用下,所选节点位移响应峰值明显减小,且在跨中位置加速度响应峰值明显增大;8度罕遇地震作用下,太和殿结构变形峰值偏小,有利于避免木构架产生整体倾覆,但结构内力普遍增大。     

足尺宋式摇摆木构架恢复性拟静力试验研究

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下的结构特性。加载过程中,木柱刚体转动行为明显、柱架层变形集中,卸载阶段木构架能自主回到初始位置。试验结果表明：各级滞回环狭长且重叠,结构构件呈现出刚体运动的特征,结构整体具有一定位移恢复能力;残余位移介于0.28~2.53 mm间,两组位移恢复系数均大于87.1%,随控制位移的增加未出现显著降低,木构架的位移恢复能力良好;初始刚度在控制位移超过屈服位移后趋于稳定;柱架层变形是斗拱层变形的2.95~86.47倍,层间位移集中系数介于1.22~2.03间,且随控制位移的增加先增后降。     

唐代殿堂型木构架抗侧力性能影响参数分析

唐代殿堂型木结构是中国最早的木结构建筑遗存,具有极其珍贵的历史文化和科学研究价值.为深入研究此类木构架的抗侧力性能,建立了经模型试验验证的唐代殿堂型木结构单间四柱空间木构架精细化有限元模型,探究斗拱-梁架一体化铺作层构造,柱脚管脚榫、柱头馒头榫等弱连接节点形式以及竖向荷载大小和位置对木构架滞回耗能及抗侧力性能的影响.结...     

江南地区抬梁木构建筑馒头榫节点受力性能研究

为研究江南地区抬梁式木构建筑馒头榫节点的受力性能,通过节点试验获取该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。综合考虑馒头榫节点的接触非线性和木材的材料非线性,采用ANSYS非线性有限元方法对其受力性能进行理论分析。结果表明：该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。该种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。此外,ANSYS有限元分析结果和试验结果较为吻合,通过分析,获取了馒头榫节点的平面内（竖向）转角刚度K1、平面外（水平）转角刚度K2和扭转刚度K3的相互关系,可近似归纳为12:1:2。研究结果可为江南地区抬梁式木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础。     

附设黏滞阻尼器超高层结构的减震效果分析

以实际工程为背景建立了附设黏滞阻尼器的框架-核心筒结构弹塑性模型.为研究不同地震峰值加速度对黏滞阻尼器耗能效率的影响以及结构减震效率的变化规律,采用7条地震波调整其峰值加速度进行弹塑性动力时程分析.主要讨论了结构的楼层剪力、倾覆力矩、层间位移角、以及结构各部分耗能随地震峰值加速度提高的变化规律.结果表明:多遇地震下结构响应的减幅最大,随着地震强度的提高结构响应的减幅逐渐降低;阻尼器耗能随地震作用的增加呈线性增长,但阻尼器耗能与地震输入能量的比值在不断降低,导致结构减震效果下降;地震作用下,黏滞阻尼器为结构提供耗能,减小了结构自身的塑性耗能,对结构起到了保护作用.     

中国木结构古建筑的概念设计思想

依据现有的工程设计及抗震理念,对木结构古建筑中所蕴含的概念设计思想进行了分析.结果表明:结构的平面布局具有规则性、对称性及均匀性,可减小因体型不规则而产生的不利扭转效应;竖向结构布置对高宽比做了限制,使结构具有良好的抗倾覆性;柱与础石的平置浮搁式连接、铺作层的设置以及节点的榫卯连接方式共同构成了一个具有多重隔震、减震结构层次的木构架结构体系;柱架系统中柱列生起、侧脚的构造作法以及柱间斜撑的设置,提高了结构的整体性、稳定性和抗震能力;抬梁式屋架系统为"替力梁架",在相同荷载、相同跨度情况下可大大减小截面尺寸,是对结构受力及选材的综合考虑.     

传统民居抬梁式木构架抗侧力性能试验研究

为了解北方地区传统民居抬梁式木构架的抗震性能,制作了三榀足尺木构架模型,开展了低周往复的拟静力抗侧试验,研究木构架的受力特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度的退化、耗能规律等,揭示不同柱基础及荷载条件对木构架抗侧力性能的影响.研究结果表明:馒头榫连接的木构架是一种变刚度的摇摆体系,主要的表现形式为柱脚翘起,馒头榫节点的拔榫量;木构架竖向荷载下存在明显的P-△二阶效应,该影响不可忽略;在大变形下由于二阶效应不能自己复位,主要借助外部荷载进行复位;允许柱脚滑移使木构架在低周往复水平荷载下表现出更为明显的摇摆特性,相比柱脚限制的情况耗能能力减弱,捏拢效应更为严重,但在一定程度上保护馒头榫节点;竖向荷载增大有助于提升木构架的抗侧性能;作为山墙位置的木构架竖向荷载偏小,容易导致木构架的抗侧承载力与耗能能力不足.研究成果将为北方传统村落"四梁八柱"木结构民居抗震性能的评估、修缮与加固提供科学依据.     

装配式钢板剪力墙自复位平面钢框架动力性能的影响因素分析

运用ABAQUS有限元软件建立装配式钢板剪力墙自复位平面钢框架模型进行变参数分析,研究钢材等级、板件厚度、宽度、板件开缝情况对结构动力性能的影响,分析结果表明:提高钢材强度等级能够增加结构抗侧刚度,控制层间位移角;增加钢板剪力墙板件厚度能够使结构位移响应减小,耗能能力增强;增加板件宽度使结构最大开口转角和最大残余转角增加,对结构整体耗能能力以及抗侧刚度影响不大;开缝钢板剪力墙相较于不开缝钢板剪力墙虽对结构抗侧刚度提高较小,但耗能能力更强,能够保护框架主体结构,有效减缓柱脚塑性发展,减少结构塑性损伤.     

泥石流块石冲击下新型拦挡坝动力响应试验研究

针对泥石流灾害拦挡工程结构型式缺乏创新以及相关试验研究工作欠缺问题,本文提出了两种钢-混凝土组合式新型拦挡坝型式。利用自主设计的冲击模拟试验台对坝体结构在固体冲击作用下的动力响应进行了试验研究和对比分析。结果表明:支撑体系的加强作用和耗能元件的耗能作用有效减轻了新型坝体实体坝身的破坏程度;重力坝动力响应衰减历时至少5倍于带支撑拦挡坝实体坝身,并且后者的动力响应峰值显著低于前者,坝体结构的整体刚度得到了明显增强;耗能坝实体坝身动力响应达到峰值所需耗时是重力坝的2倍有余,并且前者的动力响应峰值相较于后者明显降低,耗能元件的缓冲和耗能作用十分显著。     

含偏心支撑小高层钢框架结构的抗震性能

目的 研究多层偏心支撑钢框架在地震作用下的弹、塑性力学性能、地震响应及其耗能能力.方法 采用通用有限元计算软件SAP2000,对内蒙古某9层商住楼分别建立纯框架、中心支撑框架及偏心支撑框架结构模型,计算了罕遇地震下结构刚度、内力分布、振动模态及荷载一位移曲线等,并采用多条地震波分别对中心支撑和偏心支撑结构体系进行了弹性时程及弹塑性时程的对比分析,比较了两种结构体系的动力特性及抗震性能.结果 在小震作用下(弹性阶段),偏心支撑和中心支撑结构远高于纯框架结构的抗侧移刚度,足以满足规范对多层钢结构的抗侧移要求;在大震作用下(塑性阶段),偏心支撑结构耗能能力优于中心支撑结构和纯框架结构,地震响应小于中心支撑结构,具有更高的结构屈服后塑性抗侧移刚度.结论 偏心支撑钢框架结构抗震性能较好,能够避免大震作用下结构的突然倒塌.     

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。     

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.     

弦支穹顶结构预应力设计及其抗震性能研究

本文给出了弦支穹顶结构的一种基于平衡矩阵理论和最优化理论的预应力确定方法。通过对不同预应力水平以及不同上部单层网壳截面弦支穹顶的模态分析讨论了该结构体系的动力特性。并研究了弦支穹顶在地震作用下的基本特性,对比分析了相应单层网壳和弦支穹顶的动力响应。分析结果表明：弦支穹顶结构的自振频率随着预应力水平的提高而增大;但随着上部单层网壳刚度的增大,预应力的大小对其自振频率的影响逐渐减小;弦支穹顶的下部张力集成体系（索杆体系）降低了上部单层网壳大部分单元在地震作用下的最大应力,尤其是外层单元的应力。     

当代木构建筑设计——以山东建筑大学雪山书苑为例

木材是人类自古沿用至今的建筑材料,也是我国应用最为广泛的建材之一;木构建筑是世界建筑体系的重要组成部分,随着木材工业的快速发展,当代木构住宅在许多发达国家已处于市场的主导地位.本文总结了木材在可持续性、自然性等方面的建筑特性并分析了其当代应用的价值;阐述了当代木构建筑的主要建造体系,并以山东建筑大学雪山书苑木构建筑设计为例,对木材的材料性与木构建筑的建构等方面进行了分析和探讨.     

Ⅴ型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素

采用不同地震波对10层3跨、15层3跨、20层3跨等3种Ⅴ型偏心支撑钢框架结构进行了地震能量分析,研究了地震动特性和结构特性对滞回能层间分布及各构件耗能的影响.结果表明,地震动加速度峰值对滞回能层间分布及各构件耗能的影响较大,地震动频谱特性、持时及结构特性对滞回能层间分布的影响较小;滞回能在总输入能中的百分比受结构阻尼比的影响较大,但阻尼比不改变地震下结构总耗能的大小.     

古建筑槛窗木构架抗震性能及损伤等级评价

为了研究木结构古建筑带内部填充木框架的抗震性能和价值损伤规律,选取清式木结构古建筑中广泛应用的槛窗木构架为研究对象,制作了缩尺比例为1∶2的试验模型进行低周往复试验,分析了槛窗木构架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能能力.试验结果表明:槛窗木构架滞回曲线有明显的"捏缩效应",随着加载位移的增大和加载循环...     

基于工具演变的木构榫卯节点发展研究

榫卯节点是木构建筑、木构家具基本的连接方式之一,历史悠久,延续至今。本文试从工具演变的角度,分析榫卯节点的发展变化,归纳出人、工具、榫卯节点三者之间关系的发展趋势。当今在数字建造领域,建筑师及设计者无需具体娴熟地掌握木工技法,而是依托数字化木作工具平台,即可全过程实现木构榫卯节点的设计与加工。榫卯节点的数字化设计与加工拓展了建筑与家具形式,也对设计者的能力提出了新的要求。     

铰接排架单层厂房动力特性及地震力计算

将铰接排架单层厂房结构集中质量侧向振动的动力自由度包含在独立结点位移坐标之中,采用有限元先处理定位向量法求得结构的结构刚度矩阵以及关于动力自由度的侧向刚度矩阵,从而可进行后继结构动力特性和地震力的计算,整个分析过程在微机上完成。