考虑松动残损直榫节点的多层木结构古建筑抗震性能分析

发布时间：2020-10-23 12:25

　　 中国木结构古建筑因其高水平的艺术价值、历史价值和科学价值而在世界古代建筑体系中形成独树一帜的建筑体系,然而,由于木材自身材性退化、自然灾害及人为破坏的因素,现存木结构古建筑产生各种形式残损现象且主要发生在各重要节点处,使结构处于潜在破坏状态,因此研究残损节点及带残损节点木结构古建筑的抗震性能,对其保护、修缮工作意义深远,结合试验课题,对松动残损直榫节点及带松动节点多层木结构抗震性能进行初步分析。以西安永宁门箭楼明间檐柱为研究对象,建立无松动残损及不同向松动残损木构架模型并进行了水平循环加载拟静力试验,得到完好节点(F节点)、水平向松动节点(S节点)、竖直向松动节点(H节点)、绕柱转动向松动节点(R节点)的破坏形态、M-Φ滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能能力等性能,结果表明:各松动残损木构架的破坏形态主要为榫头、卯口间发生严重挤压变形及榫头拔出,柱身、枋身则基本完好;各松动残损节点M-Φ滞回曲线均呈反“Z”形,H节点捏拢特征明显;所有节点在各级加载下的承载力、刚度均小于完好节点,其中R节点与完好节点相差最小,H节点退化显著;与F节点相比,H节点耗能能力降低28%,S节点降低16%,R节点减低7.5%。为了研究松动残损节点对整体结构抗震性能的影响,采用多尺度技术进行数值模拟分析,考虑所有榫卯节点单元实体化的复杂性及数值计算成本,采用一致缺陷模态法确定了局部松动残损节点对多层木结构力学性能产生最不利影响的几何分布。首先建立无松动残损节点的多尺度模型并进行模态分析及动力时程分析,结果表明:多尺度模型较好地符合箭楼局部模型的自振特性,既可较高精度地模拟整体结构的动力响应,又可直观地反映局部关键节点的受力行为及损伤机理,但随着输入地震动强度的增大,模型的精度有所降低。在选取松动节点的松动形式及模型古木材材性参数的基础上,建立带松动残损节点的多层木结构模型(SD模型)并对其进行模态分析及动力时程分析,根据时程结果得出二层结构滞回曲线以及各主要构件累积滞回耗能曲线,结果表明:材性退化及松动残损节点使结构周期变长,自振频率变短;松动直榫节点增大了结构相对于柱脚的位移响应,削弱了幅值较大地震动向上部传递,降低了二、三、四层结构的加速度响应;二层结构滞回曲线呈“长扁平”状,层间耗能能力降低;相比于试验模型,SD模型耗能能力明显减弱,但耗能时段增长,柱架层耗能占比有所下降,总滞回耗能量降低10.7%~21.0%。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU366.2
【部分图文】：

》规制[48,49]，设计制作了缩尺比为 1:6 的 3 个相同材质及尺架模型，所用木材为天然干燥的白松新材，为了便于施加头顶面高出梁面 50mm，模型具体尺寸如图 2.1 所示。图 2.1 不带雀替木构架及其构件尺寸验量测方案及加载制度

西安建筑科技大学硕士学位论文2 明清大木作古建筑试验研究.1 不带雀替直榫柱架水平拟静力试验.1.1 模型设计本课题试验模型以西安城墙永宁门箭楼明间檐柱为原型，按照清工部《工程法则例》规制[48,49]，设计制作了缩尺比为 1:6 的 3 个相同材质及尺寸的单榀直节点柱架模型，所用木材为天然干燥的白松新材，为了便于施加配重及水平荷，使柱头顶面高出梁面 50mm，模型具体尺寸如图 2.1 所示。

（c）榫头上表面压溃 （d）卯口局部变形图 2.3 木构架模型及构件破坏模式表 2.1 木构架各级加载下最大水平推动力maxP /kN试件名称加载等级/mm±30 ±50 ±70 ±90MGJ-10.367 0.66 1.5785 2.752MGJ-20.4745 0.6895 0.997 3.106MGJ-30.7855 1.316 1.7005 2.698平均值0.542 0.8885 1.4255 2.85252.1.4 不带雀替木构架直榫节点 M 滞回曲线通过1 4W W 测得试验过程中的位移及其各自相对位置关系，计算出节点转 ，通过额枋端应变片测得适时应变变化，得出梁端弯矩M ，如图 2.4 所示为过直榫节点连接的 3 个不带雀替柱架的水平低周反复荷载拟静力试验得到各半
【参考文献】

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本文编号：2853036