中国古代木结构的弹塑性有限元分析

通过对中国古代木结构的结构特性分析,得出了合理的力学模型,采用变刚度单元模拟真实木结构梁柱的榫卯连接,用虚拟单元的不同刚度条件反映真实的半刚性连接,将变刚度单元加入有限元程序,对西安东门城楼进行了弹塑性有限元分析,得出了不同刚度系数下的力学性能,为古建筑木结构研究提供有用的资料     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

转换层刚接和铰接对结构抗震性能的影响

对某制氢化工厂厂房转换层进行刚接和铰接工况下的地震反应谱对比分析。结果表明,转换层分别采用铰接和刚接方案时,结构的动力特性规律基本一致,但铰接比刚接的刚度略低,使得结构的基本周期变长,抗震性能略微下降;铰接方案对转换层位移影响较大,该方案使转换层及底层混凝土柱子的剪力和弯矩减小,部分柱子轴力略有提高,改善了其受力性能。     

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。     

节点刚度对多层平面钢框架抗震性能的影响分析

工程中多层钢框架结构经常采用半刚性连接形式,将半刚性连接节点视为弹簧单元,通过有限元软件A nsys建模进行分析.研究了节点刚度对多层钢框架结构动力性能的影响,结果表明,采用半刚性连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构的自振周期和振型都有很大变化,在地震作用下结构的底部剪力明显减小,动力响应变化很大.     

木结构半刚性结点的数值模拟

榫、卯单元的部位既不是刚结点,也不是铰结点,而是具有半刚性节点性质的单元.为了准确地逼近这种半刚性的榫卯连接刚度,本文总结了木结构半刚性单元研究进展,建立了便于分析计算的榫、卯有限元模型,利用MSC有限元分析软件得到数值计算结果与十字形试验结果模型相比对,采用响应面方法和优化迭代方法得到榫、卯半刚性单元的参数值.该分析方法和结果可应用于大型木结构整体分析中.     

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,对木构架进行罕遏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2．1127S,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。     

木构古建梁柱节点拔榫过程数值仿真

榫卯节点是中国古建筑木结构梁柱连接的主要形式。为有效保护中国古建筑,文章采用数值模拟方法,以两种典型的榫卯节点——直榫和燕尾榫为研究对象,研究了榫头从卯口拔出过程中节点的内力和变形特性。基于两种榫卯节点的构造特征,建立了有限元分析模型,对比分析了拔榫过程中两种节点的位移、摩擦应力和等效应力等特征。结果表明:直榫在拔拉过程中变形和应力较小,不易破坏,但容易产生拔榫现象;而燕尾榫虽然不易拔榫,一旦在荷载作用下进行拔拉,则会在拔拉过程中因挤压变形和强度不足而产生破坏。     

古木建筑榫卯连接M-θ相关曲线模型研究

通过对木结构榫卯连接模型试验及其试验结果分析,得出影响连接刚度的主要因素是替木尺寸,榫头尺寸和卯孔对柱的削弱程度.利用最小二乘法对试验数据进行处理,得出榫头尺寸及卯孔对刚度影响的规律.在原有的3参数幂函数模型的基础上,建立适合木结构榫卯连接的4参数幂函数弯矩-转角的相关曲线模型.本文基本结论可以为古木结构的研究和修缮工作提供一些理论帮助.     

徽州传统建筑木构架典型榫卯节点的数值模拟分析

选取徽州古民居木构架的典型榫卯节点,确定模型参数,进行数值模拟分析。分别模拟节点处没有施加"关键"和"雀替"、节点处只施加"关键"、节点处只施加"雀替"、节点处"关键"与"雀替"同时施加四种情况下榫卯节点处的受力情况,综合对比"关键"和"雀替"对木构架榫卯节点的受力特征,总结了"关键"和"雀替"对木构架节点受力带来的有利影响。研究表明:施加"关键"和"雀替"后,使构件的变形减小,受力得到改善,提高了节点的受力性能,增强了结构的整体稳定性。     

汶川地震古建筑震害研究

为保护古建筑,以四川剑阁县觉苑寺大雄宝殿为例进行了震害分析.通过现场勘查,讨论了汶川地震作用下该古建筑的主要震害症状,建立了震前结构有限元模型.通过进行模态分析,得到了结构的基频和主振型;考虑该建筑所在地区的实际震害烈度,通过进行地震反应分析,得到了不同时刻结构的整体变形、应力响应及典型节点和单元的动力响应曲线.结果表明:大雄宝殿产生柱子歪闪等震害的主要原因为前后檐穿插枋及双步梁拔榫,从动力响应分析结果来看,结构不会出现强度破坏.     

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,探究斗栱-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。结果表明:水平往复荷载作用下,唐代殿堂型木构架表现为摇摆抬升,其水平位移以柱架层的水平位移为主,滞回曲线呈"S"形,具有明显的"捏缩"效应,两端较饱满,正反接近对称。木构架初始抗侧刚度最大,随位移增大退化明显。铺作层为刚度较大的水平结构层,其横梁联系存在一定的冗余度。柱脚管脚榫及柱头馒头榫均可增强木构架的滞回耗能及抗侧力,但两者发挥作用的阶段不同。竖向荷载越大,木构架的滞回耗能越大,水平抗侧力也越大;其作用位置在一个柱径长度内偏移对木构架的滞回耗能及抗侧力性能无明显影响。     

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。     

中国古典建筑木结构特性的分析研究

木结构建筑是中国古典建筑中最具特色的结构形式，研究其结构特性对现阶段的古建筑文化遗产保护与恢复具有重要意义。通过对中国古典建筑木结构建筑形式的分析，总结了中国古典建筑的木结构特点。在分析木结构建筑的主体特征的基础上，运用力学分析手段对木结构建筑的榫卯、梁柱以及斗拱等典型构件进行了特性分析，并给出了进行有限元分析的简化单元模型。     

西安鼓楼抗震性能分析

分析了西安鼓楼的防震构造,建立了鼓楼上部木结构的三维有限元模型,并对有限元模型输入Elcentro波(加速度峰值400gal)作为地震激励,进行了柱根和柱顶的位移及加速度曲线等分析.结果表明:防震构造有利于鼓楼的抗震,鼓楼柱础与木柱的连接形式具有一定的隔震效果,上部木结构具有减震耗能的能力,鼓楼具有良好的抗震性能.