穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明:木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。     

基于摇摆柱的古建筑木结构柱脚节点力学模型研究

在古建筑木结构中,木柱通常直接平摆浮搁于础石之上,形成只有受压而无受拉能力的柱脚节点。在地震作用下,木柱会发生摇摆,柱脚为半刚性节点。为研究地震作用下古建筑木结构柱脚节点的摇摆机理,对柱脚节点的受压状态进行分析,并对木柱的摇摆过程进行分类,给出了不同摇摆过程的判定条件,建立了柱脚节点的弯矩-转角（M-θ）力学模型;通过与柱脚节点的弯矩-转角曲线试验结果进行对比,验证了该力学模型的正确性;将该M-θ力学模型应用于古建筑木结构的地震分析中,分别建立了柱脚半刚性连接和铰接的数值模型,并与振动台试验结果进行对比。研究结果表明：木柱的摇摆过程可分为全截面弹性摇摆、小截面弹塑性摇摆、大截面弹塑性摇摆以及全截面弹塑性摇摆等4类;采用M-θ力学模型得到的柱脚节点弯矩-转角曲线计算结果与拟静力试验结果的差异在10%以内;与铰接的柱脚节点相比,采用柱脚半刚性连接计算的古建筑木结构在地震作用下的动力响应更接近振动台试验结果,结构的加速度峰值、位移峰值与振动台试验结果的差异均在20%以内。     

穿斗式木构架结构与轻型木结构抗震性能振动台试验研究

通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验,对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下,柱顶水平加速度反应会减小,动力放大系数在0.46~0.57之间,柱顶位移会增大,在输入峰值加速度大于0.4g后,柱与础石之间会产生较大的滑移,卯榫节点也会产生较大变形,从而耗散大量的地震能量,使得该结构具有明显的减震效果;轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下,柱顶加速度动力放大系数大于1,且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下,仍处于弹性状态。     

古建筑木结构柱脚节点受力性能试验研究

在古建筑木结构中,将木柱直接平摆浮搁于础石之上,形成连接上部结构与台基之间的柱脚节点,其只承受压力而不承受拉力。在反复荷载作用下,木柱会沿柱脚边缘转动。为研究柱脚节点在地震、风荷载等作用下的受力性能,参考宋代《营造法式》制作了3个七等材足尺柱脚节点模型。通过低周反复荷载试验对柱脚节点的受力特点、滞回特性、转动刚度、刚度退化、柱脚截面等效半径和柱脚边缘点应变等特性进行研究,并分析了竖向荷载对上述性能的影响。试验结果表明：在反复荷载作用下,柱脚边缘出现受压变形,其转动支点交替变化;滞回曲线呈反Z形,产生捏拢现象;柱脚节点恢复弯矩和柱脚截面等效半径首先随转角增加而增加,而后逐渐趋于稳定;柱脚节点的初始转动刚度较大,随后刚度随转角增加逐渐减小;在反复荷载作用下,柱脚节点产生刚度退化现象,加载过程中,柱脚转动刚度为正值,表明其具有较好地转动性能;柱脚恢复弯矩、转动刚度、边缘点应变随竖向荷载增加明显增加,柱脚截面等效半径随竖向荷载增加而减小;通过试验拟合得到了竖向荷载对恢复弯矩和转动刚度的影响系数。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

分层装配式支撑钢结构工业化建筑体系抗震性能试验研究

对2层4跨足尺结构进行了拟静力加载试验,考察了分层装配式支撑钢结构在水平地震作用下的抗侧力机制、破坏模式与滞回特性,以及刚度和承载力的变化规律。试验结果表明,支撑是主要抗侧力构件,结构弹性阶段的抗侧刚度几乎完全由支撑提供,研制的新型支撑具有良好的延性工作性能。结构体系在往复荷载下失效演进过程表现为支撑受压失稳、支撑受拉屈服、柱脚截面部分屈服、节点处梁翼缘循环拉压变形、柱脚端板连接焊缝开裂和柱脚全截面屈服形成塑性铰。改进后的梁贯通式节点可以保证框架在塑性大变形阶段分担相当比例的水平地震力,因而可作为该结构的第2道防线。鉴于结构体系耗能能力一般,抗震设计时可以考虑一定的地震作用放大系数。     

穿斗式木构架抗震特性分析

对穿斗式木构架结构部件组成、房屋结构尺寸设计、施工工艺、结构受力等进行了分析。在此基础上,建立了穿斗式木构架房屋的抗震计算模型,进行了地震荷载作用下的结构时程动力计算,研究并分析了此类结构形式的抗震性能。分析结果表明:穿斗式木构架最大位移响应是随着榫卯节点刚度的增加而减小的,随着输入地震波加速度峰值增大,榫卯节点刚度变化对木构架中柱柱顶位移峰值的影响也逐渐增大。     

传统穿斗木结构榫卯节点附加黏弹性阻尼器振动台试验

通过对一个两层、足尺、长宽高为3.8m×3.6m×3.9m的穿斗式木结构房屋模型的榫卯节点附加黏弹性阻尼器进行振动台试验,研究了结构的抗震性能,并对0.07g、0.4g两种峰值加速度下进行了榫卯节点附加阻尼器和未附加阻尼器的进行了振动台对比试验。试验结果表明：榫卯节点附加了黏弹性阻尼器后节点刚度增大,减小了半刚性榫卯节点的转动能力,并使结构在地震激励作用下的变形恢复能力得到了大幅提高,经过多次重复地震,即使经历0.95g的地震激励后,结构模型也未发生明显倾斜破坏;结构一层柱顶榫卯节点最先发挥减震耗能作用,动力放大系数随着地震激励增加呈减小趋势,由于结构两个方向刚度及质量分布的不均匀,X、Y方向动力放大系数有差异,X方向动力放大系数在1.2519~0.7775之间,Y向1.8779~1.1152之间。榫卯节点附加黏性阻尼器达到了小震下减小层间位移角,大震下增强榫卯节点变形恢复能力的目的。     

残损明清古建筑木结构动力特性研究

古建筑木结构在历经几百年的服役后存在不同程度的残损,显著降低了结构的受力性能。为研究残损古建筑木结构的动力特性,选取北京故宫内具有明清古建筑特征的井亭木结构为研究对象。通过现场检测,确定结构的残损类型并分析残损原因,同时,采用环境激励法进行现场动力测试,获得结构的前3阶自振频率和振型。基于实测结果并考虑材料老化、立柱倾斜和柱脚糟朽等损伤因素,分别建立结构的完好和残损有限元模型,对其进行模态分析和地震响应计算。研究结果表明:由于重屋顶和关键节点的半刚性构造特征,木结构的自振频率相对较低;材料、构件和节点的残损降低结构刚度和自振频率;在地震动作用下,残损结构的柱脚水平反力小于完好模型,而其加速度和位移响应明显大于完好结构。     

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。     

橡胶加固木榫卯节点的滞回性能研究

地震作用下,穿斗式木结构中榫卯节点由于自身构造特性,榫头和卯口产生相对转动,相互挤压以至节点松动,导致承载能力减弱。采用橡胶块对透榫节点区域进行加固,通过结构矩阵推导得到其刚度矩阵方程,从理论上近似得到加固效果,并对比分析数值模拟结果和往复荷载试验结果,得到橡胶加固节点的滞回性能。结果表明:该加固方法可以有效地利用橡胶良好的弹塑性性能,阻碍柱枋相对转动和滑移,延长榫卯节点的工作状态;橡胶变形提高了节点耗能能力和滞回性能。     

外露式钢柱脚节点抗震性能试验研究

为了研究外露式钢柱脚节点抗震性能和提高外露式柱脚抗震设计的可靠性,本文针对外露式柱脚连接节点的抗震性能进行了试验研究,将两组不同的柱脚试件在循环反复荷载作用下的整体响应和各组成单元的局部响应情况进行对比。根据试验结果,分析柱脚节点在地震作用下的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、延性及耗能指标。试验结果表明:两个试件的初始刚度基本接近,但是无翼缘支撑板的柱脚刚度退化要明显快于有翼缘支撑板的柱脚;有翼缘支撑板的柱脚的延性系数比无翼缘支撑板的柱脚提高约28.7%,而耗能系数提高约10.1%;翼缘支撑板可以提高柱脚的连接强度和承载能力,使得节点区域各构件的协同作用加强;柱脚区域的力学特性表明其破坏形式为半刚性特性且在柱根部出现塑性铰。     

某轻型木结构建筑抗震设计

通过工程实例介绍了轻型木结构建筑抗震设计及抗震构造措施,分别采用底部剪力法和振型分解反应谱法对结构进行水平地震作用计算。结果表明,该轻型木结构建筑能满足抗震设计的"三水准"设防目标。比较了几种木基剪力墙的有限元模型;并基于SAP2000的分层壳单元,建立了整体结构的有限元模型,计算了结构的动力特性、内力及变形并以此作为抗震设计的依据;针对轻型木结构低延性、高弹性承载力的特点,制定了相应的抗震构造措施。     

大理某高层木结构设计与计算分析

新建仿古建筑翠华楼为五层木框架结构,总高度36.06m,最大层高6.72m,梁柱节点采用榫卯连接,柱搁置在柱础上并采取限制滑移的构造措施。利用ETABS软件对结构进行了内力计算、变形计算和截面验算。分析结果表明,在地震和风荷载作用下,主体结构具备较好的承载力,侧向变形在可接受的范围,在地震作用参与组合的工况下,柱脚会出现拉力,通过构造措施可限制柱脚移动。     

半刚性连接组合梁框架足尺模型模拟地震振动台试验

为了研究半刚性连接组合梁框架在地震作用下动力特性以及破坏模式,为半刚性框架抗震设计及在地震区的使用提供依据,进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究。通过试验,分析了小震、中震和大震作用下半刚性连接组合梁框架结构的动力特性、位移反应、加速度反应、半刚性组合节点内力反应、结构破坏模式。研究结果表明:半刚性连接组合梁框架具有较好的抗震性能,在罕遇地震作用下(1.20g),整体结构仍然没有明显损坏,结构破坏形式为半刚性组合节点和柱脚处产生较大塑性变形,半刚性连接框架结构完全可以在高抗震设防烈度地区使用。对试验框架建立有限元分析模型,进行结构的非线性动力时程分析,计算结果与试验结果较为接近。     

传统木结构柱脚节点力学模型及有限元模型研究

木柱直接立于柱础石上是传统木结构中柱脚节点最常见的连接样式。在水平反复荷载作用下，由于木柱与础石之间一般不存在任何的连接，木柱会以柱脚与柱础石相接触的边缘点为转动支点发生转动，进而产生摇摆，其在摇摆状态下的受力性能对整个结构的稳定发挥了积极的作用。为研究传统木结构柱脚节点在地震作用下的转动性能，以浮搁柱础连接为研究对象，首先分析了木柱在水平反复荷载作用下的受力机理，建立了柱脚节点理论计算公式；随后依据柱脚滞回曲线的特点，提出了含有柱脚弹簧单元的木柱杆系有限元分析模型。结果表明：柱脚节点力学模型的计算结果与试验曲线吻合良好；木柱杆系有限元分析模型有效地反映了木柱在摇摆状态下的滞回特点。     

上海市里弄建筑抗震性能研究综述

通过对上海市既有里弄建筑的现状调研,阐述了上海里弄建筑结构形式,对穿斗式木结构的受力特点进行分析,总结了里弄建筑的损伤状况,分析与里弄建筑类似结构的震害特点,从整体结构和卯榫节点两方面对穿斗式木构架建筑的抗震性能研究进行综述,对上海市里弄建筑抗震性能研究提出了建议。     

古建筑木结构地震作用下的破坏分析及加固措施研究

为了科学合理的对古建筑木结构进行修缮保护,根据古建筑木结构独特的营造技术,系统总结了古建筑木结构不同于现代建筑结构的优良的抗震构造特点;结合四川雅安地震后对古建筑木结构的震害调查,通过系统归纳和分类统计,对古建筑木结构的地基基础、梁柱和枓栱等构件、榫卯节点、整体稳定性以及围护结构在地震作用下的破坏情况及破坏原因进行详细的分析和探讨;并针对结构不同的破坏情况,提出相应的抗震加固方法。分析结果可为古建筑木结构的修缮加固提供理论依据。     

传统木结构柱脚滑移对其结构及抗震性能影响分析

我国传统木结构中,柱直接搁置于础石之上是柱脚节点的主要连接形式,柱与础石之间没有任何的拉接,仅有水平摩擦力和础石提供的竖向支撑。通过对柱脚节点分别为平摆浮搁式和管脚榫的两榀木框架进行单调加载试验,分析柱脚滑移对木构架结构性能的影响;借助ABAQUS有限元分析软件建立一单层单开间木框架结构三维实体模型,通过对比柱脚节点是否产生滑移这一参数,找出框架柱侧移、绝对加速度、结构滞回曲线等抗震性能的变化。分析结果表明,柱脚节点的相对滑移可显著提高木构架的结构和抗震性能。