单向加载下明销直榫节点力学性能研究

西南木结构民居的节点主要采用带销钉的直榫连接,明销直榫连接是其中最常用的连接方式之一.为了研究明销直榫节点的力学性能,设计了 8个足尺明销钉直榫节点和2个无销钉直榫节点,并进行抗弯的单调加载试验,得到不同类型节点的弯矩-转角曲线以及拔榫量-转角曲线,探讨销钉形状、位置对直榫节点性能的影响.研究表明:明销直榫节点在单向加载的情况下,其弯矩-转角曲线大致分为弹性受力阶段和塑性发展阶段,节点的失效原因主要是木材强度的破坏导致其变形过大而失去承载力;销钉对直榫节点有一定约束作用,能提高直榫节点的力学性能,降低其拔榫量;方形销钉对直榫节点约束性更强,销钉的位置对直榫节点影响较小.     

传统木结构直榫节点弯矩-转角关系理论与试验研究

木结构榫卯节点连接属于半刚性连接,如何通过榫头与卯口尺寸确定节点的M-θ关系,是木结构设计的难点。为了解决这一困难,本文从直榫节点转动过程中的几何关系出发,借助木材嵌压理论,推导出了直榫节点M-θ理论公式,建立起榫头几何尺寸与M-θ的关系式。又通过实验研究,验证了所推导出理论模型的正确性。     

西南民居穿销透榫节点抗弯性能研究

西南传统民居主要为榫卯连接的木结构,穿销透榫连接方式是其主要连接方式之一,为了研究西南地区木结构中的穿销透榫节点力学性能,以实际工程为例设计了两个足尺节点并进行节点弯曲的单调加载试验,获得节点的弯矩-转角曲线、拔榫量-转角曲线和弯矩-应变曲线,并观察节点的失效形态.研究发现穿销透榫节点在单调加载的情况下,其弯矩-转角曲线大致为弹性受力阶段、塑性发展阶段,节点破坏主要为木材的局部压缩导致节点变形过大而失去承载能力.在试验基础上,建立穿销透榫节点单调加载下的理论模型,推导出节点的理论公式,并运用有限元软件对节点单调加载抗弯性能进行数值模拟分析,将理论模型、试验数据和数值模拟进行比较,三者吻合度较好.     

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。     

新型竖向半燕尾榫节点抗震性能研究

传统榫卯连接较为常见的有燕尾榫、透榫、半透榫等。鉴于传统燕尾榫存在削弱柱横截面面积、传统透榫地震时易拔出等缺陷,本文提出了一种用于木结构建筑梁柱的竖向半燕尾榫节点连接结构。分别制作了传统透榫、新型竖向半燕尾榫(边柱与中柱连接)、新型竖向半燕尾榫(中柱与梁连接)节点模型,并按照缩尺比例1∶4. 8进行制作,用于对比分析新型竖向半燕尾榫节点的抗震性能。通过低周往复试验对3个模型进行研究。试验结果表明:3个模型都是梁柱几乎没有发生破坏,透榫节点主要是拔出破坏,而新型竖向半燕尾榫是榫颈拔断破坏。从滞回曲线来看,3个模型的滞回曲线都呈反S形,且都具有一定程度的捏拢效应,但新型竖向半燕尾榫节点的捏拢效应要低于传统直榫。新型竖向半燕尾榫节点的转动弯矩、刚度和耗能能力优于传统直榫节点。     

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。     

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。     

穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能，参照西南地区典型木结构建筑，按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点，对其进行低周往复加载试验，研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟，进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布，以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明：钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断，半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口，柱和穿枋基本完好；钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称；加载后期等效黏滞阻尼系数增大，节点耗能持续增大；钩榫节点变形能力较强，破坏转角可达0.08～0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度，柱卯口应力远小于其抗压强度；适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。     

残损古建筑木结构单向直榫榫卯节点抗震性能试验研究

现存古建筑木结构均有不同程度的残损,而榫卯节点的残损对整体结构的安全性影响最大。为了研究不同残损类型、不同残损程度对单向直榫榫卯节点抗震性能的影响,制作了7个缩尺比例为1∶4.8的单向直榫榫卯节点模型,包括1个完好节点模型、3个人工模拟榫头真菌腐朽的残损节点模型和3个人工模拟榫头虫蛀的残损节点模型。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对单向直榫榫卯节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能性能等进行了研究。试验结果表明：单向直榫榫卯节点的破坏形态主要为榫头部分拔出、榫卯接触处挤压变形,柱和枋基本完好;所有节点的弯矩-转角滞回环形状呈反S形,且残损程度越大,滞回环捏拢效应越明显;残损节点的转动弯矩、刚度和耗能能力明显低于完好节点,且随着残损程度增加逐渐降低;相同残损程度的人工模拟真菌腐朽节点的弯矩和刚度大于人工模拟虫蛀节点,但耗能能力低于人工模拟虫蛀节点。     

考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态,通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究,得到了相应的材性参数;设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件,通过单调加载试验,对局部受压区域的应变分布特征进行了研究;基于试验研究得出的榫卯节点受力机理,建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压,顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致;榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变,榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头,而卯口变形可忽略;考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。     

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。     

角钢加固传统民居十字形半榫节点抗震性能试验研究

为研究传统民居木结构十字形半榫节点及其角钢加固后的抗震性能,参照川西地区实际民居,按照1:1.33的缩尺比例,制作了1个半榫节点和4个具有不同设计参数、采用角钢加固的半榫节点,并对其进行低周往复加载试验,得到了加固前后半榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度和耗能能力等抗震性能指标.结果表明:未加固半榫节...     

考虑卯口缺陷的直榫节点转动刚度理论分析

为将同类节点的弯矩—转角关系公式和转动刚度理论公式应用到各种有限元软件中提供可能和理论依据,方便实际维修加固榫卯节点的工程应用,研究了直榫节点在一个加载循环下的受力机理,在考虑了卯口缺陷(不同卯口缝隙)的基础上分析并推导出转动刚度理论公式。     

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...     

基于分式析因设计的燕尾榫节点抗弯性能研究

为研究节点尺寸、木材材性和摩擦因数等因素对燕尾榫节点在单向荷载作用下抗弯性能的影响,采用分式析因设计方法,结合有限元模拟技术获得了32组不同工况下燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力样本值。基于统计分析给出了不同影响因素对燕尾榫节点抗弯性能影响显著性程度的量化指标,并分别建立了燕尾榫节点初始转动刚度和极限弯矩承载力关于显著性因素的回归模型,最后结合回归模型给出了可直接用于古建筑木结构整体结构计算的燕尾榫节点三参数幂函数模型。结果表明:不同评价指标下各因素显著性程度存在差异,但总体而言,榫高、榫长和摩擦因数这3个因素对燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力的影响最为显著;在一定范围内,基于回归模型获得的燕尾榫节点三参数幂函数模型具有一定的可靠性,可利用该公式直接计算获得燕尾榫节点的弯矩 转角曲线,且计算简单便于应用;所得结果可为现存古建筑木结构的燕尾榫节点抗弯性能分析提供参考依据。     

直榫节点受弯性能研究

为了研究直榫节点的受弯性能,设计了3个相同尺寸的直榫节点。通过单调加载试验,获得了节点的弯矩-转角、拔榫量-转角关系曲线以及节点破坏形态。运用有限元分析软件ABAQUS,采用实体单元对榫头的变形状态、应力分布进行有限元分析。结合有限元分析和试验研究,建立了节点弯矩-转角关系的简化力学模型。研究结果表明:直榫节点的主要破坏形态为脱榫破坏,极限转角约为0.29 rad;缝隙对节点的受弯性能有着较大影响,且上侧缝隙影响较大,顶端缝隙影响相对较小;节点受弯时的抵抗力矩主要由榫头下侧局部压应力和摩擦力合成的弯矩提供;扣除滑移段后,直榫节点的弯矩-转角关系曲线可以简化为双折线模型,即上升段和下降段。     

透榫和单向直榫木节点耐火极限的试验研究

通过五个榫卯原木节点耐火极限试验,对透榫和单向直榫木节点的升温规律和耐火极限等进行了研究,主要考虑了节点类型和荷载比两个参数对其耐火极限的影响.结果 表明:常温下单向直榫节点试件的承载力比透榫节点试件的承载力高;各测点温度随着受火时间的增加而升高,且停火之后温度下降较慢;测点离木截面表面距离越近,温度越高;相同类型的榫卯节点,随着荷载比的增加耐火极限减小;相同荷载比时,单向直榫节点耐火极限比透榫节点稍高.     

明销透榫节点抗弯性能研究

为研究我国西南地区民族木结构中的主要榫卯节点——明销透榫节点的抗弯性能及其影响因数,设计了两个足尺节点进行单调加载试验,获得了其弯矩-转角关系曲线以及失效形态,并运用ABAQUS软件对影响节点抗弯能力的因数进行数值模拟分析.研究结果表明,明销透榫节点的失效主要是由于榫头顺纹受压变形与卯口横纹受压撕裂破坏,柱与枋本身较为完好;穿销透榫节点表现出更好的抗拔榫性能;明销透榫节点的抗弯能力的强弱主要取决于枋的横纹受压变形能力的强弱;摩擦系数和榫头高度的增加均可以显著提升节点屈服弯矩,同时榫头高度的增加使得节点的最大弯矩有较大幅度提升.     

明销透榫节点抗弯性能研究

为研究我国西南地区民族木结构中的主要榫卯节点——明销透榫节点的抗弯性能及其影响因数,设计了两个足尺节点进行单调加载试验,获得了其弯矩-转角关系曲线以及失效形态,并运用ABAQUS软件对影响节点抗弯能力的因数进行数值模拟分析.研究结果表明,明销透榫节点的失效主要是由于榫头顺纹受压变形与卯口横纹受压撕裂破坏,柱与枋本身较为完好;穿销透榫节点表现出更好的抗拔榫性能;明销透榫节点的抗弯能力的强弱主要取决于枋的横纹受压变形能力的强弱;摩擦系数和榫头高度的增加均可以显著提升节点屈服弯矩,同时榫头高度的增加使得节点的最大弯矩有较大幅度提升.