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。     

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。     

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。     

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。     

北方村落木结构民居榫卯节点抗震性能试验研究

现存的传统村落木结构民居,由于受风雨侵蚀及战乱、地震、火灾的破坏,发生不同程度的损伤和破坏,榫卯节点残损情况直接影响整个民居房屋结构的安全。以北方地区传统村落“四梁八柱”木结构民居榫卯节点（馒头榫）为研究对象,考虑不同残损类型及程度,制作5个足尺梁柱节点模型,通过拟静力低周往复加载试验研究其破坏模式、弯矩-转角滞回响应及骨架曲线、加载刚度、变形、强度及耗能能力等力学性能。试验结果表明:馒头榫节点破坏模式表现为榫头拔出、榫与卯口挤压变形;相比于完好节点,残损馒头榫节点抗弯承载力、加载刚度和耗能能力明显降低,且“捏拢”效应加剧;榫头松动是导致节点力学性能降低的直接原因;垂直加载方向虫蛀节点力学性能劣化程度强于平行加载方向虫蛀节点,更易导致耗能能力降低。     

钢管混凝土框架骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础,从截面层次的恢复力模型出发,钢管混凝土柱构件选用三线型弯矩~曲率滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型;钢筋混凝土梁选用三线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序IDARC分析钢梁-钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线,程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对结构骨架曲线的影响。研究结果不仅为钢管混凝土框架结构的应用推广提供了必要的理论基础,而且对钢管混凝土抗震设计具有较好的参考价值。     

碳纤维布及扁钢加固古建筑榫卯节点抗震性能试验研究

通过对2个严格按照宋代《营造法式》有关大木作要求制作的木构架模型及其分别用CFRP布和扁钢加固榫卯节点的构架模型在低周反复荷载作用下的试验研究,深入分析了加固前后木构架榫卯节点滞回性能、骨架曲线特性、延性、耗能、刚度退化等抗震性能。从对试验结果分析看,榫卯节点采用CFRP布和扁钢加固都取得良好的效果,为古建筑的抗震设计和加固提供理论依据。     

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。     

中国古建木构架在水平反复荷载作用下变形及内力特征

通过对三个严格按照中国宋·《营造法式》中有关大木作的形制与构造要求制作的木构架模型在水平反复荷载作用下的试验研究,分析与探讨了中国古代木造结构在相应状态下的变形及受力特征及其榫卯节点工作机制,通过对榫卯节点的转动弯矩与相应转角试验数据的分析与研究,确定了榫卯节点的转动刚度,提出了该类型结构在水平地震作用下的计算模型,并就额枋正截面上的最大应变与内力,作了理论计算与试验数据的对比,两者吻合较好,从而证明了所选模型的合理性,为中国古建木构架在水平地震作用下的抗震分析提供了一种可资借鉴的方法。     

钢筋混凝土梁抗震性能指标分析

采用软件ABAQUS对钢筋混凝土梁进行有限元模拟,即可获取梁的荷载-位移骨架曲线。将试验结果和模拟结果进行对比,结果表明,有限元可以较准确地模拟试验情况。然后同样采用软件ABAQUS来模拟146根梁,并获取该批梁的弯矩-转角骨架曲线。将曲线按照不同因素进行分类,并由这些曲线得出梁的性能参数:塑性转角限值。塑性转角限值能为梁的性能评估提供定量的参考指标。