古木结构中抬梁式和穿斗式木构架受力性能试验研究

为从木构架层次把握我国古建筑木结构的基本受力性能,根据相关文献和现场测绘设计并制作了抬梁式木构架和穿斗式木构架各1榀,进行了恒定轴压下的水平单调加载试验。通过试验研究获得了两类典型木构架的破坏模式、荷载-位移关系、榫卯节点的破坏形态、柱顶侧移-加载位移关系、榫卯节点的拔榫量-转角关系等。研究结果表明,在加载过程中,木构架中榫卯节点逐个破坏,半榫节点发生脱榫破坏,透榫发生变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧受弯破坏,最终两榀木构架均发生整体倾覆破坏;抬梁式木构架和穿斗式木构架的极限位移角分别为1/6.6、1/4.0,均具有良好的变形能力,但抬梁式木构架的水平荷载承载效率明显低于穿斗式木构架;柱顶侧移随着加载位移的增加而近似线性增加;榫卯之间的初始缝隙在加载初期逐渐闭合,会引起部分榫卯节点拔榫量为负值,之后,主要榫卯节点的拔榫量随节点转角的增大而增大。     

湖南省某穿斗木结构设计及抗震性能分析

为研究穿斗式木结构的结构特性及抗震性能,以位于湖南省抗震设防烈度6度区的穿斗式木结构图书馆为原型,在考虑节点半刚性特性的基础上,通过ETABS软件进行建模,对结构进行内力、变形计算和截面验算,并通过时程计算得到结构在多遇地震作用下的柱底剪力、层间位移角等地震响应。结果表明:榫卯节点在受力过程中经历了弹性阶段和塑性变形阶段;穿斗木结构在小震作用下整体变形特性良好,中震作用下结构的侧向变形较大;在地震作用下,柱脚易出现拉力,失效模式表现为柱脚滑移导致局部破坏,在工程中可采用锚杆或插板螺栓连接的方式对柱脚进行锚固。     

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。     

基于摇摆与剪切协同的柱脚叉接木框架抗侧荷载-位移曲线模型

榫卯连接木框架是传统木结构中的基本承力构件,研究表明其在竖向和水平荷载共同作用下具有摇摆和剪切两种抗侧机制。文章综合考虑木框架摇摆与剪切变形,根据变形协调和弯矩平衡条件,推导竖向荷载和水平荷载共同作用下,柱脚叉接榫卯连接木框架抗侧荷载-位移关系的曲线模型,提出木框架抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度和下降段刚度的计算方法。基于叉接柱脚木框架抗侧试验对模型进行验证,结果表明：理论模型与试验结果吻合较好,模型计算结果误差小于15.5%。理论研究成果对于传统木结构抗震性能分析和设计具有参考价值。     

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。     

古建筑木结构的结构性能研究综述

台基、柱脚的平摆浮搁、梁柱节点的半刚性榫卯连接、柱架的生起和侧脚、梁端的雀替、枓栱铺作层以及“大屋盖”等特殊的营造技术,以及水平地震作用下古建筑木构架良好的自复位性能,使得古建筑木结构能历经千百年保存至今。在分析古建筑木结构发展背景和营造特点的基础上,综述了国内外对古建筑木结构木材材性、台基层、柱架层、枓栱铺作层、屋盖层的力学性能,整体结构抗震性能以及修缮加固等方面的研究现状,综合各研究方法和研究内容,指出了目前古建筑木结构结构性能研究领域中存在的问题和尚未涉及的方面,为古建筑木结构结构性能的进一步深入研究以及古建筑的保护提供参考。     

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。     

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。     

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。     

基于有限元的云南木结构民居榫卯节点的静力性能分析

云南典型的木结构民居通常采用榫卯连接,文章采用有限元软件ABAQUS建立带榫卯连接的单间一榀的木构架计算模型,通过摩擦接触模拟榫卯节点,并分析得出木构架及榫卯节点在竖向静力荷载作用下的应力及变形状态。     

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。     

传统民居穿斗式木结构栓榫节点抗震性能试验研究

以川西传统民居穿斗式木结构中的栓榫节点为研究对象，参照当地典型工程，制作了4个缩尺比为1∶1.33的榫卯节点，并对其进行低周反复加载试验，得到了栓榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标；利用ABAQUS软件建立有限元模型，分析梁截面高度和栓子截面尺寸对榫卯节点承载力的影响。结果表明：节点的破坏形态主要为半榫节点榫头拔出、采用方形栓子节点榫头发生剪切破坏、采用圆形栓子节点榫头发生折断破坏；柱子基本完好，榫头破坏较为严重；所有节点的弯矩-转角滞回曲线均呈Z形，滞回环的捏拢效应较为明显；采用方形栓子节点的受弯承载力、转动刚度和耗能能力均大于半榫节点，且随着方形栓子截面尺寸的增大而逐渐增大；栓榫试件破坏时节点转角均大于半榫试件，说明栓子的存在能够提高榫卯节点的变形能力；枋截面高度对榫卯节点承载力影响较大，方形栓子边长和圆形栓子直径分别为10~30mm和10~20mm时较为合理。研究结果可为传统民居穿斗式木结构的定量参数化设计和抗震性能分析提供参考。     

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。     

黔东南州传统木结构暗销钉直榫节点力学性能研究

贵州省黔东南州是穿斗式木结构集中区域,全州现存几十万栋木质民居,且都采用榫卯节点进行连接。为了给黔东南地区木结构的性能研究提供理论基础,以黔东南木结构带暗销钉的直榫节点为研究对象,分析其受力,建立带暗销钉直榫节点力学模型,推导出直榫节点M-θ公式,并与相关试验数据进行对比,发现理论公式与试验结果基本吻合。     

古建筑榫卯节点抗震加固试验

为探究中国古代大木作结构抗震加固的有效方法,分别采用马口铁和CFRP加固榫卯节点,研究了节点加固前后构架的抗震性能.制作了1:8缩尺比例的木结构空间模型,通过进行低周反复加载试验,获得了构架加固前后的力-侧移曲线,并对比分析了相应的骨架曲线、耗能能力、刚度退化、变形能力等抗震指标.结果表明:马口铁和CFRP均可提高构架...     

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。     

填充砖墙立帖木构架抗侧性能试验

立帖式砖木结构是以柱脚自由搁置与梁柱榫卯连接为特征，并在木构架内填充砖墙的一种传统结构体系，广泛应用于上海石库门里弄民居。为研究填充砖墙的立帖木构架平面内抗侧性能以及竖向荷载的影响，制作2个试件并开展低周反复加载试验，对其破坏形态、滞回曲线、抗侧承载力、刚度退化、耗能性能、柱脚位移进行了分析。结果表明：竖向荷载较大的木构架以填充墙剪切破坏为主，而竖向荷载较小的木构架则发生填充墙弯曲摇摆破坏并伴随平面外错位；填充砖墙立帖木构架的滞回曲线呈反S形和Z形，滑移捏缩效应显著；竖向荷载有利于提高填充墙木构架的初始刚度，延缓填充墙的开裂。     

村镇典型木结构榫卯及木构架抗震性能试验研究

通过对三榀直榫榫卯连接形式的村镇典型木构架模型在水平低周反复荷载反复作用下的试验研究,得到了三榀不同尺寸的木框架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能。试验结果表明:当木柱尺寸变大或者柱距变小时,木框架的强度和刚度有明显增加,抗震性能变好;村镇典型木结构房屋具有非常好的变形能力。     

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.