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。     

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。     

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。     

榫卯间缝隙对古建筑木结构燕尾榫节点承载性能影响的有限元分析

以宋《营造法式》为标尺,建立分析2个一榀燕尾榫柱架有限元模型,包括节点无缝隙柱架模型和节点有缝隙柱架模型。在不同竖向荷载下,对2种模型进行水平往复加载模拟,得出2种模型的滞回曲线及骨架曲线,以分析屋顶质量和榫卯间缝隙对木结构节点承载性能的影响。结果表明:木结构的屋顶质量越大,结构整体刚度越大,耗能越可观;2种柱架的榫头与卯口之间存在较明显的挤压变形,滞回曲线都呈现"捏缩"现象,但节点有缝隙模型由于榫卯节点之间的缝隙导致节点紧密度下降,其滞回环饱满度差,结构耗能能力弱,抗震性能差。通过对比分析节点无缝隙和有缝隙模型的计算模拟结果,得出燕尾榫榫卯节点的破坏方式和缝隙对燕尾榫柱架造成耗能减少、刚度降低的影响,为古建筑抗震性能研究和榫卯节点处修缮加固提供借鉴。     

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。     

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。     

不同松动程度的古建筑燕尾榫节点抗震性能试验研究

为研究松动对燕尾榫节点抗震性能的影响,参照清工部《工程做法则例》,制作了6个缩尺比为1∶3.2的燕尾榫节点,包括1个完好节点和5个不同松动程度的节点,燕尾榫节点的松动采用削减榫头尺寸的方法来模拟。通过低周反复加载试验,对节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能能力等进行了研究。结果表明:节点的破坏形态主要为榫头部分拔出、榫头和卯口间发生挤压变形、卯口处木材纤维翘起,柱和枋基本完好;所有节点的弯矩-转角滞回环形状均呈反Z形,且节点松动程度越大,其滞回环捏拢效应越明显;松动节点的弯矩、刚度和耗能能力均低于完好节点,且随着节点松动程度的增大而逐渐降低;所有节点破坏时节点转角均达到0.12 rad,且弯矩未出现下降段,说明松动后燕尾榫节点具有较好的变形能力。研究成果可为现存传统木构建筑燕尾榫节点的抗震评估提供参考。     

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。     

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。     

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。     

江浙地区早期传统木构建筑典型榫卯节点受力性能试验研究

对江浙地区早期传统木构建筑中常用的镊口鼓卯、双榫和单榫在低周反复荷载作用下的受力性能进行了研究。通过试验获取该3种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、转角刚度、延性系数及耗能能力。结果表明:3种榫卯节点的滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性。该3种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。对于极限转角、弹性刚度和延性系数而言:镊口鼓卯大于双榫,双榫大于单榫。耗能能力总体随着节点转角的增大而减小,镊口鼓卯的耗能能力大于双榫的耗能能力,双榫的耗能能力大于单榫的耗能能力。研究结果可为江浙地区早期传统木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础。     

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。     

不同连接方式对榫卯节点耐火性能的影响

为了分析不同连接方式下榫卯节点耐火性能,选取云南松作为原材料,制作4种不同连接方式的榫卯节点,对榫卯节点的燃烧温度和最终的炭化情况进行了分析。结果表明:十字箍头榫、半榫、燕尾榫的节点温度稳定上升,馒头榫的温度变化幅度较大;在节点耐火性能上,按从优到劣排序分别为馒头榫、燕尾榫、半榫、十字箍头榫。     

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...     

古建筑木结构榫卯节点抗震试验研究

通过对五个按照清代工部《工程做法则例》的做法制作的燕尾榫榫卯节点模型在反复荷载作用下的试验研究,得到了各节点的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、变形等性能.试验表明:木结构榫卯节点具有很好的变形能力,最大加载位移为100mm;节点破坏形式为榫头从卯口内拔出即脱榫破坏,榫头和卯口均产生明显的挤压变形,但梁、柱构件没有损坏;各...     

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。     

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。     

木结构梁柱榫卯节点抗拔性能试验研究

为研究榫卯节点在拔榫过程中的性能,以直榫和燕尾榫为例,运用ANSYS模拟在拔榫过程中的位移、应力变化规律。得出以下结论:直榫在拔榫前半段,位移和应力基本恒定;在拔榫后半段,位移快速增长,等效应力快速下降。燕尾榫在拔榫中,位移随荷载子步呈线性增长,等效应力在一定范围内波动。相比直榫,燕尾榫在拔榫过程中受力更加均匀。     

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.