古建筑木结构燕尾榫节点刚度分析

通过对典型燕尾榫榫卯连接的模型低周反复荷载试验,研究了榫卯半刚性连接特性和刚度退化规律.试验得出榫卯连接的弯矩一转角滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了弯矩一转角的关系方程和榫卯接节点恢复力模型,由实验结果给出了木结构榫卯连接刚度的非线性变化.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

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.     

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     

含内嵌卯口耗能器的榫卯节点抗震性能试验研究

针对木结构榫卯节点抗震加固和性能提升的需求,提出采用内嵌卯口耗能器增强榫卯节点性能的技术,并制作了包括未增强、单层增强及双层增强的5组缩尺榫卯节点模型。通过开展抗震性能试验研究,对不同厚度、层数的卯口耗能器增强榫卯节点与未增强榫卯节点的抗震性能进行对比,分析了不同参数的卯口耗能器对榫卯节点抗震性能指标的影响。结果表明:内嵌卯口耗能器具有双向耗能、多点屈服、可设计性强等特点,可大幅提升榫卯节点的抗震性能,有效抑制节点的拔榫现象;耗能器增强节点相较于未增强节点,承载力有小幅提升,耗能能力有大幅提升,而初始刚度有50倍以上的大幅提升;耗能器的钢板厚度和层数是影响榫卯节点抗震性能的主要因素,且厚度对于耗能器加固榫卯节点力学性能的影响最大;与单层耗能器相比,双层耗能器对榫卯节点的加固性能更加卓越。     

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.     

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。     

马口铁加固古建筑抗震试验

采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后木构架的抗震性能.基于故宫太和殿三次间的相关尺寸,制作了1∶8的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型,采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了加固前后的构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力.结果表明,马口铁加固榫卯节点后,马口铁对榫卯节点的约束作用在一定程度上减小了节点拔榫量,提高了构架的侧移刚度及承载力;加固后的构架刚度退化不明显,变形能力较强,但是耗能能力减弱.     

CFRP布加固古建筑木构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了CFRP布加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间的实际尺寸,制作了1：8比例的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,其中加固前构架试验做了3组,加固后构架试验做了2组。通过试验,获得了构架的力一侧移滞回曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力。结果表明：CFRP布加固榫卯节点后,虽然构架耗能能力略有下降,但节点拔榫尺寸减小,构架的侧移刚度和承载力提高,刚度退化不明显,且构架具有较好的变形能力,因此具有较好的加固效果。     

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。     

古建筑木结构透榫节点受力性能的影响因素分析

建立了透榫节点的ABAQUS有限元分析模型,并将模拟分析结果与透榫节点在低周反复荷载作用下的试验结果进行了比较.在此基础上,研究了榫头高度、滑动摩擦系数、横纹弹性模量、顺纹弹性模量、顺纹抗拉强度以及轴压比等参数对古建筑木结构透榫节点受力性能的影响.分析结果表明:随着节点榫头的高度和摩擦系数的增大,透榫节点的刚度不断增大;木材的顺纹和横纹弹性模量仅对节点在弹性阶段的刚度有一定影响;顺纹抗拉强度对节点刚度几乎无影响;随着榫头高度、摩擦系数、弹性模量以及顺纹抗拉强度的增大,透榫节点的抵抗弯矩值均有不同程度的提高;一定范围内,轴压比对受力性能几乎无影响.     

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。     

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。     

纤维布加固墩接木柱轴压试验

为探究外包纤维增强复合材料(FRP)加固墩接木柱的加固效果和工作机制,考虑不同纤维布和不同墩接方式等因素影响,开展10根墩接木柱的轴压加载试验。对比分析3种FRP布(AFRP,BFRP,CFRP)、4种不同墩接方式(巴掌榫、刻半榫、抄手榫和直榫)下加固柱的破坏模式和力学性能。结果表明：未采用FRP布加固的传统墩接柱表现为拼接缝木材开裂和开裂后的墩接区木材压屈折断,而FRP布加固后,墩接区整体性良好,破坏主要发生在墩接口,表现为木材压溃和纤维布褶皱;传统墩接柱承载力仅恢复至42%～69%,刚度恢复至43%～65%;FRP布加固后,轴压承载力可恢复至完好木柱的75%～100%,刚度可恢复至66%～107%,延性提升24%～96%,加固柱轴压性能和变形能力得到有效的恢复或提高,且刚度退化不明显;此外,有限元仿真得到的荷载位移曲线及力学指标与试验结果吻合良好。FRP加固墩接木柱的轴压力学性能良好,可为传统木结构建筑的修缮和木柱的墩接加固提供借鉴和参考。     

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。     

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.     

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。     

木结构榫卯节点抗震性能及加固对比试验研究

为研究不同加固措施对木结构榫卯节点抗震性能的影响,参照西南地区传统木结构典型榫卯节点做法,制作透榫、半榫和燕尾榫3类共5组榫卯节点试件开展节点拟静力试验,其中4组分别采用扒钉、钢板和木条(两组)加固.对比研究加固与非加固节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、节点拔榫量和耗能能力等抗震性能参数.结果 表明:未加固榫卯节...