古建筑足尺单跨木结构滞回性能的试验研究及理论分析

发布时间：2020-03-17 18:26

【摘要】：木构古建筑蕴含着极高的文化、艺术和科学价值,而数百年间的自然灾害及人为损害使其产生严重的累积损伤,迫切需要合理的修缮和加固,揭示木构古建筑的结构性能,特别是滞回性能是这一工作的基础。目前,国内外学者对传统木结构的研究主要集中在斗拱和榫卯节点上,对斗拱、梁和柱构成的基本单元研究较少,本文通过试验研究和理论分析,揭示了木构古建筑的滞回特性及其受屋盖重量、尺寸比例的影响,获得了榫卯节点和摇摆柱对整体木构架恢复力的贡献;具体研究内容、方法及成果如下:(1)以七等材足尺单跨模型为研究对象,通过低周往复荷载试验,获得了木构古建筑的变形特点、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律及耗能能力。结果表明:木构古建筑是一种高延性的自复位结构体系,滞回曲线的形状为旗形,转动变形主要表现为柱子的摇摆,并引起整体结构的竖向抬升和复位;水平侧移中,木构古建筑的很大一部分能量转化为了重力势能,使滞回耗能较低。当1/152θ1/50时(θ为层间位移角),柱子的摇摆和摩擦滑移使刚度出现了明显的退化,摩擦滑移也是初始耗能的主要方式;当1/50θ1/31时,构件约束力的增大降低了耗能的增长率;当1/31θ1/22时,摩擦滑移和塑性变形对耗能的影响显著。(2)七等材足尺单跨模型在经历三级竖向加载后,又进行了等幅竖向卸载,获得了屋盖重量的变化及加卸载历程对滞回性能的影响。结果显示:木构古建筑的抗侧力、弹性刚度与竖向荷载呈线性关系,柱子的转动、摩擦滑移及构件间的约束力使竖向荷载对刚度提高的幅值减小;在竖向加卸载历程中,塑性变形能力提高,而抗侧力、刚度和滞回耗能均降低,降低幅值和影响区域随竖向荷载级的增加而扩大。(3)对八等材足尺单跨模型进行了低周往复荷载试验,与七等材模型对比发现:木构架的滞回特性与模型比例间的关系,与斗拱、榫卯节点的尺寸效应规律差异显著;八等材模型的滞回耗能和摩擦滑移比例更大,当θ0.01rad时,尺寸比例并不影响木构架的刚度;此外,七、八等材的结构性能比与模型比例的关系为研究尺寸效应提供参考。(4)基于嵌压和回弹效应,理论推导了燕尾榫节点的弯矩-转角关系,并由F_1/F_0-δ_1/B系数曲线获得了摇摆柱的恢复力,结合试验结果可知:当侧移较小时,总的恢复力主要为摇摆柱的恢复力,而侧移较大时,总的恢复力由摇摆柱和榫卯节点共同提供。
【图文】：

太原理工大学博士研究生学位论文誉为“南楼北塔”（图 1-3）；在山西平顺县的龙门寺是我国仅存的集五代、宋、金、明、清时期的木结构建筑群；山西运城的解州关帝庙是国内现存面积最大、规制、保存最全的关帝庙建筑群，，与常平关帝庙一起被列入世界遗产预备名单中；双林图 1-4）和镇国寺中的木结构建筑是山西平遥古城作为世界文化遗产的重要组成部些极具价值的传统木结构为我们地处山西的课题团队提供了天然的科研资源。

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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU366.2

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本文编号：2587572