古建筑木结构燕尾榫节点刚度有限元分析

燕尾榫是古建筑木结构中梁柱节点常用的一种连接方式,其半刚性连接特性已经被较多的试验研究证实。本文运用大型通用有限元程序Abaqus,参照国内学者试验建立了燕尾榫节点的精细化有限元模型,通过对模型进行低周反复加载,研究其破坏模式、刚度和延性。结果显示燕尾榫节点具有较好的转动能力和一定的刚度及延性,但其抗弯承载力远低于被连接构件的抗弯承载力,是一种相对较"弱"的连接。     

广府木祠堂典型榫卯节点参数化分析

通过有限元软件ABAQUS对广府木结构祠堂的典型节点箍头榫和直榫进行参数分析,充分考虑节点承载力和刚度的影响因素和木材正交各项异性的材性特点,两类节点各选取一定数量建立三维实体有限元模型,分析并获得各种参数变化下节点弯矩承载力和节点转动刚度的变化规律。本文还对节点的M-q曲线进行了双线性拟合,给出了考虑节点各尺寸参数的拟合公式,研究结果将为广府木祠堂修缮和结构加固提供节点承载力和节点转动刚度计算依据和取值参考。     

不同拔榫程度的古建筑燕尾榫节点受力性能分析

现存的古建筑燕尾榫节点中容易出现拔榫现象,为研究拔榫对燕尾榫节点受力性能的影响,利用ABAQUS软件对拔榫节点进行了有限元分析,得到了燕尾榫节点的弯矩-转角曲线和节点的应力分布状态,并针对拔榫程度对节点转动刚度和承载力的影响进行了分析。结果表明:燕尾榫节点的受力可分为弹性段和强化段;榫头和卯口在顺纹方向均未达到屈服,而在横纹方向上已进入强化段;随着节点拔榫程度的增大,节点的弹性刚度、强化段刚度及承载力均减小,且随着节点拔榫程度的增加,其减小的幅度在降低。研究可为燕尾榫节点的加固提供一定的参考。     

带雀替木结构燕尾榫节点抗震性能研究

为研究带雀替燕尾榫节点的抗震性能,对2个按宋《营造法式》制作的燕尾榫节点进行了水平低周反复加载试验,并结合有限元软件ABAQUS,对比分析了节点的破坏形态、滞回性能、转动弯矩等抗震性能参数。结果表明:随转角的增大,枋与雀替逐渐分离;带雀替燕尾榫节点的滞回曲线左右明显不对称,雀替仅可提高节点的正向转动弯矩。经试验验证,所建立的带雀替燕尾榫节点模型可有效模拟节点在反复荷载作用下的受力状态。研究结果可为古建筑木结构的修缮、保护提供参考。     

古建筑木结构燕尾榫节点力学模型研究

在古建筑木结构中，燕尾榫节点广泛用于水平构件与柱头相交的部位。为了研究古建筑木结构中燕尾榫节点的弯矩-转角(M-θ)力学模型，在分析燕尾榫节点构造特点和受力机理的基础上，建立其数值模型，采用已有的燕尾榫节点试验数据验证了数值模型的正确性。根据受力分析的结果，建立以屈服点、极限点为特征点的双折线多参数M-θ力学模型，给出了考虑模型尺寸和材料特性的特征点计算式，其计算结果与大量试验数据吻合，并将该力学模型应用于木构架的受力分析中。研究结果表明：燕尾榫节点的挤压变形主要集中在榫头处，而卯口变形可忽略；提出的M-θ力学模型反映了燕尾榫节点的整个受力过程，适用于木构架的受力分析，其加载点荷载-位移曲线与试验结果基本吻合。研究成果可为中国古建筑木结构的维修与保护提供参考。     

木构建筑典型榫卯连接刚度分析

以木构建筑透榫、半榫和燕尾榫为研究对象,采用有限元方法动态模拟节点低周反复荷载试验,获得不同节点弯矩-转角(M-θ)滞回曲线和骨架曲线,拟合出节点刚度退化曲线,并从中观察透榫、半榫和燕尾榫的破坏形式,以及节点构造对计算结果的影响。分析结果给出透榫、半榫和燕尾榫刚度随外荷载和相对变形呈非线性变化,以及不同节点刚度特性的差异性刻画。研究结果可为传统木结构建筑抗震性能研究提供理论基础。     

古建筑木结构燕尾榫节点抗震性能及尺寸效应试验研究

为研究燕尾榫节点的抗震性能,考虑竖向荷载、普柏枋、雀替及尺寸效应的影响,对7个按宋《营造法式》制作的燕尾榫节点模型进行了水平低周反复荷载试验,对比分析节点的破坏形态、滞回特性、转动弯矩、转动刚度和耗能等抗震性能及其随各影响因素的变化规律。结果表明：燕尾榫节点破坏主要表现为榫头部分拔出,榫头与卯口间产生明显挤压变形,枋、柱整体完好;未施加竖向荷载的节点出现榫头沿柱纵向滑移现象;带普柏枋节点榫头拔出量较小,在普柏枋与馒头榫连接边缘发生局部剪切变形;带雀替节点在转角较大时,通过暗销连接的枋与雀替逐渐分离。节点弯矩 转角滞回曲线以反“Z”形为主,有明显的“捏缩”效应;竖向荷载越大,滞回曲线越饱满;带普柏枋燕尾榫节点的滞回曲线更平滑,对称性较好;带雀替燕尾榫节点的滞回曲线左右明显不对称。燕尾榫节点的正向转动弯矩随竖向荷载的增大而逐渐降低,而反向转动弯矩逐渐提高;普柏枋显著提高了节点的正反向转动弯矩,而雀替仅提高节点的正向转动弯矩。带普柏枋节点的转动刚度较大,而耗能能力较弱;雀替在与枋脱离前可以有效提高节点的耗能能力。不同尺寸燕尾榫节点的转动弯矩与转动刚度不满足模型相似关系,拟合的尺寸影响关系可为实际工程提供理论参考。     

上下翼缘角钢半刚性连接性能的图表分析法

半刚性连接是目前高层钢结构建筑中常用的一种梁柱连接形式。采用三参数幂函数模型确定连接的弯矩—转角关系,推导上下翼缘角钢梁柱半刚性连接的初始刚度公式和极限弯矩公式。通过一系列的图表对影响上下翼缘角钢半刚性连接节点的初始刚度和极限抗弯承载力的主要因素进行理论分析,与试验结果吻合较好,为半刚性连接节点的分析设计提供参考。     

上下翼缘角钢半刚性连接性能的图表分析法

半刚性连接是目前高层钢结构建筑中常用的一种梁柱连接形式.采用三参数幂函数模型确定连接的弯矩-转角关系,推导上下翼缘角钢梁柱半刚性连接的初始刚度公式和极限弯矩公式.通过一系列的图表对影响上下翼缘角钢半刚性连接节点的初始刚度和极限抗弯承载力的主要因素进行理论分析,与试验结果吻合较好,为半刚性连接节点的分析设计提供参考.     

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。     

黏弹性阻尼器增强传统木结构燕尾榫节点试验研究

为研究村镇传统木结构燕尾榫节点在不同摩擦力工况下,以及节点安装阻尼器前后的耗能情况,采用杉木和松木共制作12个燕尾榫节点试件,通过改变榫卯节点侧面紧密程度来改变榫头与卯口间的摩擦力,同时提出了一种黏弹性阻尼器增强节点,将增强前后的节点进行低周反复加载对比试验.研究结果表明:木材种类和榫卯间摩擦力大小对节点的抗震性能有较...     

传统木结构典型榫卯节点基于摩擦机理特性的低周反复加载试验研究

为研究榫卯节点接触面间的摩擦效应对榫卯节点减震耗能能力的影响,通过改变榫卯节点接触面间的摩擦系数,对3种古建筑中常用的透榫节点、燕尾榫、梁下有枋透榫节点模型进行低周反复荷载试验,并对基于摩擦特性的节点耗能能力的影响进行量化分析。研究结果表明：摩擦对3类节点的破坏形态、承载力及延性影响不大;透榫及梁下有枋透榫节点滞回曲线呈现出典型的反Z形,捏缩效应比较明显,且摩擦系数小的模型滞回环面积明显小于摩擦系数大的模型,燕尾榫节点滞回曲线较为饱满,未出现明显捏缩效应,摩擦系数改变对燕尾榫节点滞回环面积影响较小;摩擦对透榫及梁下有枋透榫节点初始刚度影响较大;透榫节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的2倍多,梁下有枋节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的1.4倍,摩擦对燕尾榫节点等效黏滞阻尼系数的影响主要体现在对节点耗能能力达到峰值的发挥速度上。     

黏弹性阻尼器增强传统木结构半榫节点试验研究

为研究传统木结构半榫节点在改变木材种类、改变榫头宽度以及是否安装黏弹性阻尼器情况下的耗能能力,用松木和杉木制作了12个不同榫头宽度的半榫节点试件(6个未安装黏弹性阻尼器的节点试件和6个安装黏弹性阻尼器的节点试件),进行低周反复加载试验,并将6个未安装新型阻尼器的节点试件的试验结果与6个安装黏弹性阻尼器的节点试件的试验结果进行对比分析。研究结果表明:各半榫节点滞回曲线均呈反"Z"形,且捏缩效应明显,其中宽松节点滞回曲线产生较大的滑移;榫头宽度对半榫节点的骨架曲线斜率有较大影响,且增强后半榫节点推迟进入屈服阶段;紧密节点初始刚度最大,随加载的继续,各节点刚度下降后趋于平稳,增强后节点负向加载时刚度显著提高;安装黏弹性阻尼器的节点榫头拔榫量减小,同时节点的刚度、承载力和耗能能力得到有效增强。     

燕尾榫节点梁柱式木框架抗火性能试验研究

为研究燕尾榫节点木框架的抗火性能，制作了4榀燕尾榫节点单层单跨木框架试件，开展了1榀木框架在常温下静力加载试验，以及3榀木框架在ISO 834标准升温条件下的持载高温试验，分析了高温下梁上的持荷水平对木框架破坏模式的影响。静力加载试验中，木框架在荷载-位移曲线上升阶段20~30kN时刚度显著增大，到破坏荷载80kN后刚度下降；临近破坏荷载时，榫头底部受压屈服，且榫头有从卯口拔出的趋势，木梁榫头部位约在二分之一高度处突然劈裂破坏，破坏时呈现明显的脆性。抗火性能试验表明，梁上的持荷水平对榫头上部的测点温度分布有较大的影响，而对榫头下部、木梁、木柱的温度分布基本无影响；持荷水平对框架的破坏模式有较大的影响，持荷水平较低的试件KJ1，其破坏模式是跨中挠度的变形速率超过规范允许的限值，耐火极限为38min，破坏具有一定的延性，而持荷水平较高的试件KJ3，其破坏模式为梁端榫头发生破坏，耐火极限为23min，破坏具有突发性。     

古建筑榫卯节点刚度分析

研究古建筑榫卯节点刚度取值,对古建筑的保护修缮加固具有重要意义.以木结构建筑为例,从基本承重构件梁柱的微元开始,导出木梁木柱的挠曲线方程,用弹簧作为榫卯节点约束,以边界条件输入,导出榫卯节点刚度值;以钟楼为工程实例,建立ANSYS有限元模型,对结果和实测数据进行对比分析.结果表明,本文提出的计算方法,适用于木结构古建筑的榫卯节点刚度分析计算.     

古建筑木结构透榫节点力学模型研究

为研究古建筑木结构透榫节点的M-θ力学模型，在分析透榫节点构造特征与受力机理的基础上，建立其数值模型，用透榫节点的试验数据验证了该数值模型的正确性，并分析了节点缝隙、木材横纹弹性模量和大榫头长度对透榫节点受弯承载力的影响。根据受力分析结果，建立以弹性点、屈服点与极限点为特征点的三折线多参数M-θ力学模型，其结果与多数的试验结果基本吻合，并将该力学模型应用于木构架的受力分析。研究结果表明：透榫节点的滞回耗能能力强，节点的变形主要集中在榫头处。当榫头与卯口之间的缝隙增大时，节点的受弯承载力降低。随木材横纹弹性模量的提高和大榫头长度的增加，节点的受弯承载力有一定提高。文章建立的M-θ力学模型能较好反映透榫节点的受力过程，适用于木构架的受力分析，其荷载 位移骨架曲线与试验结果基本吻合。研究成果可为古建筑木结构的维修与保护提供参考。     

广府古建筑木结构箍头榫节点抗震性能研究

为研究广府古建筑木结构中广泛采用的箍头榫节点的抗震性能，以梁截面高度、柱直径、梁榫宽和柱顶轴压力为研究参数，设计制作了8个缩尺节点试件进行低周反复荷载试验，得到了不同研究参数下箍头榫节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力退化、刚度退化及能量耗散能力等。研究表明：各箍头榫节点试件转角达到0.1rad时，仍可维持稳定的承载状态，其承载力退化不明显，具有较好的承载性能以及良好的延性。试件的破坏形态包括柱内侧梁榫顶部(或底部)顺纹拉裂破坏、柱外侧梁榫竖向劈裂破坏和水平劈裂破坏；各节点的弯矩-转角滞回曲线均呈反Z形，且有明显的“捏缩”现象；在试验设计参数范围内，节点的转动刚度、极限弯矩和耗能能力均随着梁截面高度和柱直径的增大而增大，并随着梁榫宽的增大呈现出先增大后减小的趋势，一定范围内改变柱顶轴压力对试件抗震性能影响不大。采用有限元软件ABAQUS建立了箍头榫节点模型，并与试验进行了对比验证，结果表明该模型可较好地模拟反复荷载作用下的节点滞回性能。通过参数分析进一步研究了不同参数下箍头榫节点的弯矩-转角曲线，结果表明节点的屈服弯矩和极限弯矩基本与梁截面高度、柱直径大小呈线性正相关关系。     

穿斗式木结构通榫节点抗震性能研究及#br# 数值模拟分析

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：通榫节点弯矩-转角滞回曲线捏缩效应明显,且随枋截面高度的增加而愈加明显;在加载过程中,枋在柱卯口处发生滑移,且滑移量随转角的增大而增大;节点的等效黏滞阻尼系数随着枋截面高度的增大而减小;通榫节点具有较好的延性和较大的承载力,加载转角达到0.22rad时,枋出现较大的挤压塑性变形,但未发生材料破坏。枋横纹应力达到其抗压强度,而柱顺纹应力尚未达到其极限抗压强度。     

木销半榫节点转动性能试验研究与有限元分析

为研究木销半榫节点平面内的转动性能和节点区域木材损伤演化,通过木销半榫节点试件的单调加载试验和有限元分析研究了此类节点平面内的转动性能。试验研究表明,加载初期预钻孔附近木材会发生横纹劈裂破坏,随着荷载不断增加,榫头变截面处木材会出现顺纹受拉破坏。节点有限元分析结果表明,采用弹塑性损伤模型建立的有限元模型对于节点刚度和受弯承载力具有较好的预测精度,误差在15.2%以内。该模型能够较为合理地反映木材顺纹方向和横纹方向的损伤演化过程。参数分析结果表明,节点受弯承载力会随顺纹和横纹抗拉强度的增加而增加,节点初始刚度会随横纹抗拉强度的增加而增加。     

天津地铁1.2 m管片环间榫式接头抗剪性能分析

采用有限元模拟的方法,结合能够反映管片开裂全过程的塑性损伤本构,建立了混凝土管片结构的三维精细化数值计算模型,针对地铁盾构隧道通用楔形管片榫式接头抗剪性能展开详细的分析,明确得到了隧道衬砌结构环缝受剪的全过程,系统地研究了管片环间榫式结构受剪时的损伤范围及损伤高度、环缝极限剪切承载力以及环缝抗剪刚度。最后,通过建立30组模型详细分析了不同榫槽尺寸对接头抗剪性能的影响,提出了环缝极限剪切承载力和损伤高度的经验公式。研究结果表明:管片损伤主要分布在接头凹槽部位,以受拉损伤为主,内剪情况下凹槽内弧面损伤破坏是左环间接头失去抗剪能力的主要原因。环缝极限剪切承载力和损伤高度均随榫槽角度的增大而减小,随榫槽深度的增大而增大。研究结果为进一步探讨隧道管片凹凸榫槽接头的力学性能提供参考。