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.     

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。     

新型梁柱榫卯节点单调加载试验研究

新型梁柱榫卯节点是一种能够进行标准化生产、装配化施工、实现木结构建筑全榫卯连接的新型节点形式。通过使用机械臂对该榫卯节点进行自动化加工制作,从而实现该类榫卯木结构建筑的工业化生产、智能化建造。为了探究该新型节点的受力性能,对其十字形梁柱榫卯节点进行单调加载试验,研究该节点的承载能力、破坏模式、刚度以及变形性能。采用数值模拟的方法对榫卯节点进行仿真分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：节点榫头主要横纹受压,受力屈服后变形明显,而卯口顺纹受压变形较小,节点最终破坏形式为榫头拔出,在薄弱截面处发生弯曲破坏,柱身和梁身基本完好。在此基础上,建立了单梁组成的T形梁-柱节点精细化有限元分析模型,研究梁柱节点中榫头朝向对节点初始刚度、强度以及延性的影响。结果表明,榫头凹面朝下初始刚度较大,可以有效提高节点的强度和延性。     

木销半榫节点转动性能试验研究与有限元分析

为研究木销半榫节点平面内的转动性能和节点区域木材损伤演化,通过木销半榫节点试件的单调加载试验和有限元分析研究了此类节点平面内的转动性能.试验研究表明,加载初期预钻孔附近木材会发生横纹劈裂破坏,随着荷载不断增加,榫头变截面处木材会出现顺纹受拉破坏.节点有限元分析结果表明,采用弹塑性损伤模型建立的有限元模型对于节点刚度和受...     

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。     

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。     

胶合木梁柱直榫-L型钢板连接节点抗震性能试验研究

通过4组14个胶合木节点试件的单调和低周反复加载试验,研究了梁柱直榫钢板连接节点的抗震性能。试验研究表明,胶合木梁柱直榫-钢板节点性能主要取决于木螺钉锚固性能和榫卯挤压变形能力;节点试验初期,木螺钉与木材的咬合力会使节点刚度较大,试验后期木螺钉横纹拔出致使节点承载力降低,由于榫卯挤压使得节点破坏形式为塑性破坏模式;同等条件下,直榫-钢板节点的极限承载力和刚度均大于胶合木纯榫卯节点,节点承载力和刚度随螺钉直径的增加而增加,随榫头长度减小而减小。     

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。     

新疆杨木抗压基本力学性能试验研究

本文针对新疆杨木顺纹、横纹以及横纹斜向进行抗压基本力学性能试验研究,观察破坏现象,分析新疆杨木试件受压性能、承载力及荷载—位移曲线。结果表明,新疆杨木顺纹受压试件破坏时表现为木材压溃,横纹弦向受压试件破坏后无明显裂缝和褶皱,表现出压缩破坏现象,横纹斜向和横纹径向受压试件破坏时均沿早材薄弱处压溃,并且试件出现分层。顺纹和横纹受压荷载—位移曲线均存在弹性阶段和塑性阶段,但是顺纹受压试件破坏后,曲线出现下降段,荷载下降,而横纹受压荷载—位移曲线在塑性阶段后会进入密实段,荷载继续增加。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

穿斗式木结构通榫节点抗震性能研究及#br# 数值模拟分析

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：通榫节点弯矩-转角滞回曲线捏缩效应明显,且随枋截面高度的增加而愈加明显;在加载过程中,枋在柱卯口处发生滑移,且滑移量随转角的增大而增大;节点的等效黏滞阻尼系数随着枋截面高度的增大而减小;通榫节点具有较好的延性和较大的承载力,加载转角达到0.22rad时,枋出现较大的挤压塑性变形,但未发生材料破坏。枋横纹应力达到其抗压强度,而柱顺纹应力尚未达到其极限抗压强度。     

剪切型转动粘弹性阻尼器在村镇木结构抗风中的应用

针对强台风下村镇低矮房屋的大量倒塌,将阻尼器引入村镇木结构的抗风控制中;同时针对现有木结构模拟中榫卯节点的恢复力模型多采用线弹性,没有考虑节点塑性变形而导致与实际情况存在很大差别的问题,在木结构分析时考虑节点的塑性特征。分析了该结构在强风作用下的动力反应,通过数值模拟验证了粘弹性阻尼器在木结构抗风减振方面的良好效果。结果表明:考虑节点非线性时木结构的层间位移明显减小,阻尼器的耗能也有所减小,但对减振率影响不大。     

Floating column mechanism experimental investigation in historic timber buildings subjected to decay for seismic resilience

Traditional wooden structures are characterized by the presence of a column base that seems to be floated above the foundation stone. This study used pseudo-static experiments to assess the seismic performance of flat pendulum floating resting columns, focusing on the decay and repair of the wood frame (WF). First, an artificial method was used to simulate fungal decay damage of column-foot joints, and filling reinforcement was applied to the decayed column-foot joints, and second, according to the design method in the Sung dynasty architecture, the Ying-tsaofa-shih (building standards). This study presents the findings of pseudo-static tests that were conducted at Yangzhou University. Three 1:3.52 scaled specimen WFs with flat-pendulum-floating-shelf (FPFS)-typed (Ping-bai-fu-ge) columns, i.e., non-damaged WF (named after NT), considering the damaged WF (named after DF) and strengthening damaged WF (named after DR) with one-way straight mortise-tenon joints (OWSMT) joints were made and subjected to cyclic lateral loads during testing. The properties of the WFs with FPFS columns, such as the failure mode, hysteretic and envelope curves, strength and stiffness deterioration, and energy dissipation, have been studied. Finally, the effects of additional damage and reinforcement measures on the seismic performance of WFs are analyzed and compared with the finite element numerical simulation results. This research shows that damage to the column foot decreases the WF's seismic performance, although filler reinforcement may increase it. The foot and mortise joints are interconnected and interact in the wood frame's seismic stressing mechanism. Foot decay reduces the seismic performance of the foot joint, hence increasing the seismic energy dissipation activity of the mortise joints.