古建筑木结构直榫节点抗震性能试验研究

为了研究不同形式直榫榫卯节点的抗震性能,参照《营造法式》及相关文献的构造要求,考虑不同榫头形式、不同模型比例、不同榫头伸出长度及不同材料对直榫榫卯节点抗震性能的影响,制作了14个T型直榫榫卯节点。通过直榫节点的低周反复加载试验,得到了不同形式直榫节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、转动刚度及其退化规律和耗能等性能。试验结果表明:直榫节点的破坏形态主要是卯口、榫头的挤压变形和榫头部分拔出,梁、柱无明显破坏;直榫节点弯矩-转角滞回曲线形状呈反‘S’型,单向直榫节点的滞回环对称且饱满度较好,透榫节点、半榫节点的正向和反向滞回曲线呈现不对称性且饱满度较差,半榫节点尤为明显;单向直榫节点、透榫节点的承载力和转动刚度较大且相差不多,半榫节点较小;单向直榫节点的承载力大致与模型比例的平方成正比,但不符合模型相似关系;单向直榫节点增加榫头长度有助于提高其转动刚度,但当榫头长度大于柱径时,其提高幅度减小;透榫节点的耗能能力好于单向直榫节点和半榫节点;不同木材种类对直榫节点的承载力、转动刚度等性能有明显影响;直榫节点的转角可以达到1/8rad,表现出良好的变形能力。研究成果可为古建筑木结构的抗震分析提供依据。     

木结构榫卯节点抗震性能及其加固试验研究

为研究木结构榫卯节点的抗震性能及其加固后性能的变化,进行了6个榫卯节点的拟静力试验,并对试验后的榫卯节点分别采用扒钉、碳纤维、钢销、U型铁箍、角钢、弧形钢板进行加固。对比研究加固前后榫卯节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及刚度退化等抗震性能参数。试验结果表明:加固前节点滞回曲线有明显的捏缩现象,木结构良好的抗震性能正是依赖于节点的滑移摩擦耗能;加固后榫卯节点的抗震性能良好,可以达到破坏前的抗震性能;其中弧形钢板加固后的节点初始刚度较大,滞回环饱满,累计耗能为加固前的3倍,承载力提高70%,加固效果明显。根据试验结果给出了基于转角的震损榫卯节点加固设计方法。     

中国明清两代木结构框架抗震试验研究

按照清代工部《工程做法则例》的要求,以1∶2.65的比例制作了4榀宫殿式木结构框架模型,并进行低周水平反复荷载试验。对木框架的破坏形式、节点拔榫量、滞回曲线、变形能力进行了分析。试验结果表明:脱榫是木框架模型破坏的主要形式,梁、柱构件变形较小,未出现破损;在水平反复荷载作用下,节点拔榫量随着控制位移的增大而不断增加,榫头正截面与卯口正截面挤压变形较小;木框架模型弯矩-转角滞回曲线形状总体呈倒"Z"字型,榫卯之间在受力过程中发生较大的滑移,节点表现出半刚性的特点。木框架最大侧移为120mm,具有很好的变形能力;各框架节点刚度随着转角的增大而逐渐减小。     

古建筑木结构歪闪斗栱抗震性能的ABAQUS有限元分析

为研究歪闪斗栱的抗震性能以及不同歪闪程度对斗栱的滞回性能、承载力、刚度、耗能等性能的影响,以θ角度切削平板枋的方式来考虑斗栱的不同歪闪情况,并利用ABAQUS程序对歪闪斗栱进行了水平向循环加载数值模拟。研究表明:在水平向循环力的作用下歪闪斗栱产生整体滑移,馒头榫发生剪切破坏;滞回曲线呈现正反向加载不对称现象,歪闪角度越大,不对称现象越显著;侧向刚度及能量耗散系数随角度的增大而逐渐减小,但仍具有较好的变形能力和耗能能力。揭示了斗栱的歪闪程度对其抗震性能的影响,研究结果可为现存木结构的残损评估与修缮加固提供参考。     

武侯祠桂荷楼穿斗木构架透榫节点抗震性能研究

以武侯祠桂荷楼穿斗节点为原型,模拟了等厚单向透榫节点在拟静力荷载作用下的应力应变特征和抗震性能,探讨了榫高、榫厚和柱径三种因素对节点力学性能的影响。研究表明:等厚单向透榫耗能性能好,但节点受力复杂,榫头根部应力集中,小榫头根部易发生撕裂和折断现象;榫高、柱径对节点等效黏滞阻尼系数、节点刚度和承载力有显著影响,而榫厚影响不明显。最后,根据透榫节点弯矩转角关系提出三折线模型,建立了模型参数与榫高、榫厚、柱径的函数关系来预测节点性能。本文研究成果可为穿斗木构架结构的榫卯节点尺寸设计、抗震理论研究和文物修缮设计提供建议和参考。     

漾濞6.4级地震受损穿斗木结构农房振动台试验

2021年5月21日大理漾濞6.4级地震中大量传统穿斗木结构农房遭到破坏。首先对灾区大量现役的传统穿斗木结构土墙围护房屋进行建筑结构概述，然后利用已有的二层穿斗式木结构模型，采用黏弹性阻尼器加固木构架榫卯节点，通过输入此次地震中漾濞台(距震中7.9 km)记录到的EW向地震波开展振动台试验，最后，结合农房实际震害，在分析试验结果基础上归纳总结房屋震害规律和加固效果。研究结果表明：木结构模型能较好地反映漾濞地区该类房屋在地震中的振动特性，模型各层刚度和阻尼呈竖向不规则分布，木构架横向整体性高于纵向，层间耗能纵向以二层为主，横向比较均匀。无阻尼模型整体加速度放大系数在0.92～1.43之间，位移响应在输入地震动不大时以剪切变形为主，高烈度输入时弯曲变形增加，模型在加载过程中基本完整，满足大震不倒的要求。阻尼器可为榫卯节点提供附加刚度和阻尼，安装阻尼器后模型各层耗能能力增强，测点位移响应峰值明显减小，试验范围内，输入地震动越大，层间位移角降低越显著。     

明清木结构榫卯节点拟静力试验研究

以西安城永宁门箭楼为研究对象,通过对3个带雀替木构架模型在低周水平反复荷载作用下的试验研究,分析了半榫榫卯节点的受力变形特征及其破坏形式,得到了相应的弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、节点特征参数和恢复力模型,确定了半刚性榫卯节点的延性系数范围在1.58~3.99之间变化。研究结果可为木结构古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供参考。     

预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点抗震性能研究

针对采用预应力钢筋进行干式连接的预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点进行抗震性能研究。设计制作了一组节点试件,对其进行低周往复加载试验和数值分析,观测节点变形与破坏特征,得到试件梁端力－位移滞回曲线,分析节点承载力、耗能水平与变形能力。结果表明:通过接缝开合可在较小位移下控制构件的损伤程度,破坏模式以柱端牛腿压剪破坏为主;与现浇混凝土梁柱节点相比,该节点具有良好的变形能力和自复位特征,但是节点整体耗能能力较低;采用简化的基于多折线骨架曲线的本构模型可以对节点的力学性能进行简化等效模拟。     

云南漾濞6.4级地震木构架房屋震害调查与分析

地震灾害现场调查是研究结构破坏机理的科学可靠的方法之一。本文通过对云南漾濞6.4级地震中木构架房屋震害现象调查与分析,结合芦山地震中穿斗木结构的震害特征对比研究,给出了木构架房屋的抗震能力介于穿斗木结构与土木结构之间的初步结论,同时指出建造时间是木构架房屋抗震能力评估时需考虑的重要影响因素。针对漾濞县苍山西镇花椒园村背阴坡小组某夯土墙-木构架房屋倒塌的原因进行了分析,得出该房屋存在结构层间刚度不均匀、榫槽处柱截面削弱以及榫卯节点整体性差等抗震薄弱环节,导致在强地面运动的作用下发生了柱榫槽处折断和部分榫头脱落的整体倒塌震害现象。本文基于对倒塌木构架房屋的震害机理研究和抗震薄弱环节识别,可为木结构房屋抗震加固和震后修复提供参考依据。     

锚定式方钢管混凝土柱与钢梁节点抗震性能试验研究

通过低周反复加载试验对6个锚定式方钢管混凝土柱-H形钢梁节点进行了试验研究,研究了不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能、强度及刚度退化等。试验结果表明,破坏之前节点具有良好的滞回性能、延性及耗能能力,满足现行抗震规范的要求。锚定式方钢管混凝土梁柱节点可以用于拉力较小的节点。文中提出了有关的设计建议。     

装配式钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对2个新型装配式混凝土框架节点和1个现浇混凝土框架节点进行拟静力试验研究,对比分析装配式混凝土框架节点破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等指标。研究结果表明:新型装配式混凝土框架节点比普通现浇混凝土框架节点具有较好的滞回性能,较高的耗能能力以及较缓的刚度退化。在满足梁筋锚固长度要求的前提下,预制梁内钢端头长度增加使框架节点抗震性能稍有提高。装配部分后浇混凝土可以提高框架节点的承载能力和刚度。采用ABAQUS有限元软件对节点进行数值模拟,发现模拟结果与试验结果吻合较好。     

木柱与钢筋混凝土梁柔性装配节点的非线性力学性能分析

为研究装配式木柱与钢筋混凝土混合结构梁柱柔性节点的非线性力学性能,设计一种木柱与钢筋混凝土混合结构装配节点.利用 ABAQUS软件建立有限元模型,并对节点模型进行单调加载荷载分析和低周反复加载分析,主要研究橡胶硬度和竖向荷载对装配节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、承载力及耗能能力等非线性力学性能的影响,并与相关文献对比,验证分析方法的可行性.结果表明:该柔性节点的主要破坏模式有柱脚受压屈曲、受拉抬起现象和橡胶压缩变形破坏.柔性装配节点的承载力、刚度、延性与其阻尼材料的硬度二者呈正比关系.随着阻尼材料硬度提高,可以有效限制柱体侧倾和柱脚抬起现象.当采用71HA 硬度的橡胶材料时其耗能能力较好.同时,竖向荷载对装配节点的阻尼比影响较大,增加竖向荷载可以有效提高该节点的黏滞阻尼比.     

腹板开孔形状影响耗能支撑滞回性能试验研究

腹板开孔耗能支撑有效地避免了传统中心支撑斜杆的失稳破坏,具有较强的耗能能力.为研究腹板开孔形状对支撑滞回性能的影响,对腹板开菱形孔、椭圆孔及长圆孔耗能支撑试件进行了低周往复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、承载能力、刚度退化及耗能能力.试验结果表明:耗能支撑试件滞回曲线饱满,耗能性能优越.耗能支...     

新型装配式混凝土框架连接节点抗震性能试验

为推广装配式混凝土框架结构的应用,提出3种不同的新型装配式钢筋混凝土框架中节点连接形式,进行低周往复荷载试验。对比各试件的破坏形态、滞回性能、刚度退化、累积耗能和节点剪切变形等抗震指标。研究结果表明:采用方钢管连接的装配式混凝土节点呈现梁端弯曲破坏,采用工字钢连接或对拉螺栓连接的节点呈现节点核心区剪切破坏。采用方钢管的连接形式既能改善节点核心区的破坏形态,又能提高其承载能力、变形能力、耗能能力和梁端转动能力,同时显著改善节点的滞回特性,减小核心区的剪切变形。在弹塑性和塑性变形阶段,采用方钢管连接形式的装配式混凝土节点的抗震性能优于工字钢连接和对拉螺栓连接的节点。此外,采用工字钢连接形式比对拉螺栓连接形式的节点具有更高的承载能力、耗能能力和较小的核心区剪切变形。     

震后严重破损砌体窗间墙快速修复方法

为解决强震后严重受损砌体窗间墙难以快速修复问题,提出一种承压抗剪型金属阻尼器替代墙肢的修复方法。根据窗间墙受损特征,数值建模设计与其受力特性吻合的阻尼器,选取多层砌体墙受损模型分别进行修复前后的拟静力对比试验,分析两模型的破坏特征、滞回特性、刚度退化规律、耗能与变形特征等抗震性能。研究结果表明:承压抗剪型阻尼器替换修复技术可快速改善砌体的抗震性能,增强结构的变形能力,是满足震后受损砌体结构功能迅速恢复的一种简捷修复方法,为消能减震技术在砌体结构中的应用提供借鉴。     

基于SMA连接件的半刚接钢框架-混凝土墙结构滞回性能试验研究

针对半刚接钢框架-混凝土墙(PSRCW)结构中连接件易发生疲劳断裂的问题,利用形状记忆合金(SMA)制成连接件并将其应用到PSRCW结构中。对4个2层单跨PSRCW结构试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究。根据试验现象分析了各试件的受力破坏过程,研究了连接件类型、尺寸和布置位置对各试件的滞回性能、耗能能力、强度、刚度、延性和变形恢复能力的影响。试验结果表明:基于SMA连接件的PSRCW结构整体性较好、耗能能力强、结构强度退化具有2个平台阶段、刚度退化较为缓慢、延性好和结构具有较强的变形恢复能力。同时,增大SMA连接件的直径可以提高结构的承载能力、初始刚度和延性;在框架梁柱与内填墙交界面间均布置SMA连接件时,结构整体性最好,强度退化缓慢,延性好。因此,将SMA连接件应用于PSRCW结构中,对于改善钢混组合结构的力学性能有一定的理论意义和实用价值。     

考虑残损的古建木结构地震易损性分析

现役古建木结构普遍存在残损现象,这将影响结构的抗震性能。本文以北京故宫的咸福宫西配殿为研究对象,通过简化其屋顶、斗拱、榫卯和柱脚节点建立结构的理想模型,并在此基础上考虑材料老化和节点性能降低等因素建立其残损现状模型。通过地震易损性分析,得到古建木结构的地震易损性曲线并进行理想和残损结构的震害等级及其发生概率对比。研究结果表明:残损现象降低了咸福宫西配殿的刚度和自振频率;相比于理想结构,咸福宫西配殿残损结构在小震作用下发生轻微损坏的概率增大21.1%,在中震作用下发生中等破坏的概率增大3.7%,大震作用下发生严重破坏的概率增大10.6%;咸福宫西配殿在大震作用下发生倒塌的概率很小,体现了木结构具有良好的抗震性能。     

腹板摩擦式钢框架节点震后可更换性能的试验研究

主要针对梁腹板带有摩擦耗能螺栓的自复位钢框架节点结构进行抗震性能和可更换性能的试验研究,探讨该类节点在往复荷载作用下的滞回性能以及节点域的变形特征。在参数选型的基础上,对5组钢框架节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,其中:4组试件具有自复位能力,分析了各试件的承载力、刚度、耗能性能和滞回特性等性能。综合研究结果表明:所提出的拼接节点能够利用摩擦螺栓的滑移提高节点的耗能能力,有效减少梁和柱主体构件的损伤,同时预应力筋提供了结构的自复位能力。试验结果表明:在地震作用之后,通过更换腹板及摩擦螺栓可以使结构的承载能力和耗能性能与震前基本一致,从而实现结构功能的快速恢复。