残损古建筑抗震性能研究

发布时间：2017-03-24 06:03

  本文关键词：残损古建筑抗震性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：五千年的历史长河中,古建筑木结构凝聚了一代又一代建筑工匠的智慧与汗水,在实践中总结了大量营造技术并将其整理成书籍,比如《营造法式》和《工程做法则例》,都具有较高的研究价值和借鉴意义。中国古代建筑包含了宝贵的传统文化,不仅技术高超而且造型优美。它们往往历经风霜雨雪的侵蚀依然屹立不倒,但从建成之日起,古建筑就受到物理、化学和生物因素的影响,木材本身的材料性能有较大变化,特殊构件和特殊节点也遭受了非常大的破坏。其中,柱脚破坏和燕尾榫破坏是古建筑木结构最为常见的破坏。参照《营造法式》中关于六等材的规定,设计了原尺寸模型进行有限元模拟分析。模拟实验包括两柱框架和四柱框架,按照《古建筑木结构维护与加固技术规范》的规定设计了古建筑残损实验,包括柱脚残损和燕尾榫残损两大类。本文通过文献分析梳理了古建筑木结构的研究现状和重要成果,介绍了木材的材料性能和本构模型,并基于埋置作用对柱脚和燕尾榫进行了残损机理分析,利用SOLIDWORKS和ABAQUS分别进行模型制作和有限元模拟。两柱框架的有限元实验表明:随着竖向荷载的增加,结构整体刚度增大,地震耗能有所提高。柱脚残损会削弱结构整体减震隔震能力,但对结构整体的刚度影响不大;燕尾榫残损会直接影响结构整体在地震荷载作用下的刚度变化趋势,削弱结构继续承受荷载的能力。与柱脚残损相比,燕尾榫残损对于结构整体抗震性能影响更大。四柱框架有限元实验表明:燕尾榫节点出现缝隙之后,柱与阑额之间会出现相对滑移。燕尾榫的残损会削弱四柱框架的刚度,导致结构整体抗震性能降低。燕尾榫连接使得各个构件连接成为整体,燕尾榫残损会导致结构整体刚度降低,滑移增大。无论柱脚残损还是燕尾榫残损,结构整体的抗震性能都会降低。燕尾榫残损是结构整体刚度降低的核心原因和关键因素。本文的研究可以对古建筑木结构保护提供一定的借鉴。
【关键词】：古建筑木结构 计算机模拟 柱脚残损 燕尾榫残损
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU366.2;TU352.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 研究现状11-19
• 1.2.1 古建筑木结构材料性能研究11-12
• 1.2.2 古建筑木结构营造技术研究12-14
• 1.2.3 古建筑木结构结构特点研究14-17
• 1.2.4 古建筑木结构抗震性能研究17-19
• 1.3 研究方法与研究内容19-20
• 第二章 木材材料性能与本构模型20-30
• 2.1 材料性能20-25
• 2.1.1 物理特性20-22
• 2.1.2 力学性能22-25
• 2.2 材性本构模型25-28
• 2.2.1 弹性本构方程25
• 2.2.2 弹性后的本构模型25-27
• 2.2.3 弹性强度准则27-28
• 2.3 小结28-30
• 第三章 特殊构件残损机理分析30-38
• 3.1 燕尾榫构件受力机理和残损分析30-33
• 3.1.1 受力机理30-31
• 3.1.2 简化模型31-32
• 3.1.3 残损机理32-33
• 3.2 柱受力机理和残损分析33-36
• 3.2.1 受力机理33-34
• 3.2.2 简化模型34-35
• 3.2.3 残损机理35-36
• 3.3 小结36-38
• 第四章 两柱框架柱残损模拟实验38-50
• 4.1 模型设计38-43
• 4.1.1 模型设计38-40
• 4.1.2 模型材料40
• 4.1.3 残损设计40-42
• 4.1.4 模型加载方案42-43
• 4.1.5 ABAQUS有限元模拟43
• 4.2 不同竖向荷载作用下构架的抗震性能43-45
• 4.3 柱脚残损 52mm，施加不同竖向荷载45-47
• 4.4 柱脚残损 70mm，施加不同竖向荷载47-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 两柱框架燕尾榫残损模拟实验50-62
• 5.1 模型设计50-52
• 5.1.1 试件设计50
• 5.1.2 残损设计50-51
• 5.1.3 实验其他参数51
• 5.1.4 ABAQUS有限元模拟51-52
• 5.2 燕尾榫残损 4mm，，不同竖向荷载52-54
• 5.3 燕尾榫残损 8mm，不同竖向荷载54-56
• 5.4 相同荷载，燕尾榫残损 4mm,8mm56-58
• 5.5 燕尾榫残损和柱残损对比分析58-60
• 5.6 小结60-62
• 第六章 四柱框架燕尾榫残损的地震反应分析62-74
• 6.1 模型设计62-67
• 6.1.1 试件设计62
• 6.1.2 实验加载方案62-65
• 6.1.3 残损设计65-66
• 6.1.4 ABAQUS有限元模拟66-67
• 6.2 实验现象及分析67-71
• 6.2.1 燕尾榫无残损67-68
• 6.2.2 燕尾榫残损 4mm68-69
• 6.2.3 燕尾榫残损 8mm69-70
• 6.2.4 燕尾榫残损 12mm70-71
• 6.2.5 实验分析71
• 6.3 小结71-74
• 第七章 结论与展望74-76
• 7.1 结论74-75
• 7.2 展望75-76
• 参考文献76-84
• 致谢84-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文86

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