木材本构模型研究进展

木材本构模型是木结构受力分析的基础。基于木材各纹理方向的单调加载、重复加卸载试验结果，总结了木材的失效机理及其非线性受力特征。在此基础上，梳理了木材经验本构模型、弹性本构模型、弹塑性本构模型和损伤本构模型的研究现状，分析了上述本构模型对木材非线性受力行为的表征能力及其存在的问题。结果表明：木材非线性受力特征包括顺纹及横纹受拉脆断、顺纹受压应变软化、横纹受压应变强化、顺纹和横纹剪切脆断、顺纹和横纹受压卸载时存在的不可恢复变形和刚度退化行为等；不同本构模型对木材非线性受力特征的表征能力不同，但弹塑性损伤本构模型最能全面反映其非线性受力机制。对于木材本构模型，亟待深入开展的研究工作，主要包括：建立基于木材宏观构造特征与物理性能的全部弹性常数预测模型；建立复杂受力状态下木材损伤机制与强度准则；建立可以考虑塑性与损伤耦合效应、材质劣化效应的弹塑性损伤本构模型，为进一步完善木材本构模型提供参考。     

木梁基于曲率模态技术的损伤识别

利用有限元分析软件建立了木梁的损伤模型,获取了不同损伤参数的曲率模态;基于结构动力学中梁自由振动的理论,推导了木梁基于曲率模态的损伤程度判定理论;对人工模拟的损伤木梁进行了模态试验.结果 表明:曲率模态对损伤识别非常敏感,损伤位置可通过曲率模态图的突变判定,损伤程度可以根据突变程度判定;模态分析试验结果与有限元分析结果吻合较好;有限元算例和模态试验验证了损伤程度判定理论公式的适用性,采用曲率模态技术对木梁进行损伤检测是有效可行的.     

自然干裂木柱受力性能试验与退化模型研究

干缩裂缝是木柱构件中的主要残损之一。为研究自然干裂木柱的受力性能,对9根不同干裂程度和不同柱高的圆木柱进行了轴压试验,基于各木柱的破坏形态、荷载-轴向位移、荷载-侧移、荷载-应变等关系曲线,分析了干裂木柱的破坏机制及其承载力和刚度退化规律。试验结果表明：干缩裂缝对木柱的破坏模式影响较小,干裂木柱和完好木柱的破坏形态均表现为受压屈曲破坏;当干裂木柱的综合残损程度介于4.8%～23.73%之间时,干缩裂缝对木柱的受压承载力、初始轴压刚度以及延性有着显著影响;当综合残损程度小于4.8%时,干缩裂缝对木柱的受压性能影响较小;相同柱高下干缩裂缝会使得柱中轴向和横向峰值应变增加;木柱峰值荷载对应的裂缝张开位移随着裂缝深度损失率的增加而增大。基于干裂木柱试验结果及其受力机理,通过考虑稳定系数、截面面积损失和初始偏心距影响的多参数耦合作用,提出了干裂木柱综合残损程度量化指标,建立了干裂木柱受压承载力和刚度退化模型。经验证,受压承载力和刚度退化模型计算结果与试验结果吻合较好。     

残损木柱受力性能退化试验研究与有限元分析

梁、柱等构件存在腐朽等局部残损是现存古建筑木结构的普遍状况,其显著地降低了木结构受力性能。为研究残损木柱受力性能退化规律,采用局部去除腐朽木材的方法模拟木柱上的局部残损,对4根不同残损程度的矩形木柱进行了轴心受压试验,得到了残损木柱的荷载-侧移、荷载-应变关系曲线,分析了残损木柱的破坏模式、承载力及刚度退化规律。试验结果表明,随着残损程度增加,残损木柱逐渐由轴压破坏变为偏压破坏,受压承载力显著降低。采用ABAQUS有限元软件对4种不同残损程度的木柱受压性能进行了模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了残损区域深度、长度等因素对木柱受力性能退化的影响规律。分析结果表明：随着损伤区域深度的增大,承载力降低幅值随之增大;随着损伤区域长度的增大,承载力降低趋于缓和。