古建筑木结构榫卯节点摩擦耗能及抗震性能分析

发布时间：2019-08-29 11:31

【摘要】：古建筑木结构在地震作用时,其榫卯连接之间允许有一定量的水平错动,节点之间将会发生摩擦,正是由于榫卯节点之间的这种摩擦耗能从而使古建筑木结构具有良好的抗震性能。因此对榫卯连接之间的特性进行深入研究,是古建筑木结构的结构特性及其进行抗震性能研究的基础。本文基于能量等效原理,推导出了榫卯节点之间的干摩擦耗能的等效阻尼系数,以一榀框架为例,定量地研究了木结构榫卯节点在地震作用下的摩擦耗能减震性能。基于榫卯节点的摩擦耗能,建立了西安钟楼整体结构的简化模型,对结构的抗震性能进行了研究。本文完成的主要研究工作有:(1)建立了木结构节点等效摩擦阻尼系统,利用能量等效原理,将榫卯接触面之间的摩擦力变换为等效阻尼,推导出节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数。以燕尾榫节点为例,定量得到了木结构榫卯连接的等效阻尼系数的大小。(2)以一榀木框架为例,考虑了节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数,对比研究了结构在地震作用下梁、柱顶的位移与梁柱节点相对位移,分析了结构的各层次的滞回曲线以及累计耗能曲线,引入减震系数?,得到了榫卯节点的摩擦滑移在地震作用下具有较好的减震作用,而且随着地震动强度的增大,其减震效果越明显;由榫卯连接的柱架耗能占总耗能的主要部分,而榫卯连接之间的摩擦滑移也能够占总耗能的一定比例。(3)为了定量研究干摩擦耗能对整体结构的影响,以西安钟楼为研究对象,考虑了节点关于干摩擦耗能的等效阻尼系数,通过对结构的模态的分析验证了模型的正确性。研究了结构在不同地震激励作用下柱脚、一层、二层以及屋盖的位移以及加速度反应特性,对比分析了结构的动力特性以及屋盖侧移变形,得到了以下结论:钟楼木结构在考虑节点摩擦阻尼时各层位移减震系数在75%~80%之间,定量的描述了结构榫卯节点的摩擦耗能对整体结构的减震作用;各个层面动力放大系数从柱脚至顶层基本逐渐减小,表明古建筑木结构具有较好的耗能减震特性;古建筑木结构榫卯节点的摩擦滑移能够减小钟楼木构架的侧移角,体现了梁柱榫卯连接之间的摩擦滑移能够更好的保证古建筑木结构的整体变形能力。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU366.2;TU352.11

【引证文献】