中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展

榫卯连接是中国木结构古代建筑的重要特征。在外荷载作用时,节点内部榫头与卯口之间会产生挤压、摩擦、弯曲、剪切等复杂的相互作用,其具有完全不同于现代结构的力学特性。由于在地震作用下,梁柱等构件一般会处于弹性工作状态,节点的抗震性能就决定了整个建筑的安全,因此该领域已成为古建筑保护工作的研究热点方向。对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行了梳理,并对其未来的发展趋势进行了总结和讨论。     

中国木结构古建筑抗震性能的研究

以殿堂式木结构为研究对象,通过理论分析和数值模拟推导出了榫卯节点和铺作层之间的半刚性单元的刚度矩阵,即采用组合式弹簧单元模拟柱脚与础石、榫卯节点和铺作层之间的连接单元,给出了动力方程,并通过对<营造法式>中的殿堂和厅堂模型结构的分析,求解出了结构各个层面的地震动力放大系数,为木结构古建筑的保护、维修和加固提供理论依据和技术参考,对现代建筑结构抗震研究也具有借鉴意义.     

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。     

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。     

古建筑木结构直榫和燕尾榫节点试验研究

通过对典型透榫和燕尾榫榫卯连接的模型低周反复荷载试验,研究了榫卯半刚性连接特性和刚度退化规律.试验得出榫卯连接的弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了弯矩-转角的关系方程和榫卯连接节点恢复力模型,由试验结果给出了两种榫卯连接刚度的非线性变化.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

半刚接框架-非加劲钢板墙体系抗震试验研究

半刚接钢框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构是一种新型结构形式,它弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能,目前国内外对该新型结构体系性能研究属刚起步阶段,因此对该结构体系的研究具有重要的理论和实际意义。文中对一榀两层单跨梁柱平齐端板连接半刚性框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构进行了低周往复循环加载拟静力试验,在试验中,试件破坏过程缓慢,钢板墙拉力带充分发育,试验得出的滞回环饱满,表明该新型结构体系具有优异的抗震性能,从而为今后对该新型结构体系做更深入的分析研究打下了良好基础。     

钢框架扩翼型节点抗震性能研究

基于4个梁端翼缘扩大型节点试件和1个传统节点试件的低周循环加载试验,对直接圆弧扩翼型节点和加侧板扩翼型节点2种钢框架扩翼型节点采用ANSYS软件进行了往复荷载作用下的节点性能有限元分析,研究了这2种不同型式的梁端扩翼节点的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、极限荷载、延性和耗能系数等抗震性能,其结果与试验结果吻合较好.研究结果表明,通过合理地设计扩翼截面,圆弧扩翼型节点和侧板扩翼型节点均能有效的将塑性铰移出焊缝热影响区,且较传统节点具有更强的承载力、延性和耗能能力,能满足我国现行抗震规范的要求.另外,圆弧扩翼型节点构造相对简单,扩翼处连接焊缝少,可避免焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,其抗震性能要优于梁端翼缘侧板加强型节点.     

古建筑木结构构架加固试验研究

通过对未加固构架和加同构架低周反复荷载试验,研究碳纤维布加固效果和构架的抗震性能.试验得出构架水平力和水平位移的滞同曲线及骨架曲线,根据滞回曲线和骨架曲线的特征,得出了水平力和位移的关系方程和构架恢复力模型,从强度、刚度、变形能力几个方面说明加固效果较好.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加周提供了有用的参考.     

腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对一榀1/3比例的单跨两层梁柱腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙结构进行了水平低周往复加载试验研究.从承载力指标、刚度指标、延性指标、消能指标、破坏顺序和破坏模态以及连接节点的受力变形性能对试件作出评价,探究节点刚度与墙体的相互影响效果.结果表明:试件具有较高水平承载力和初始抗侧刚度,试件延性良好.结构具有理想的屈...     

T型钢半刚性连接梁柱节点抗震性能试验研究

通过对两组T型钢连接梁柱节点的单向与循环加载试验,了解该类型节点的抗震性能以及翼缘厚度对节点抗震性能的影响,并通过IDARC程序模拟节点的受荷过程,讨论T型钢连接梁柱节点理论建模的方法.试验研究表明:T型钢梁柱连接滞回曲线饱满,连接表现出了良好的延性,极限转角均超过了欧洲规范规定的极限转角0.03 rad,具有较为理想的抗震性能;T型钢翼缘越厚,节点初始刚度、承载力以及耗能能力越大;对于半刚性连接中螺栓刚度大于T型钢翼缘刚度的试件应按T型钢的极限承载力设计.程序分析表明:利用刚度均匀变化的节点板模拟T型钢的半刚性连接具有较高的模拟精度,通过调整节点板底部刚度以及屈服弯矩可以模拟不同翼缘厚的T型钢半刚性连接.     

两层两跨方钢管混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,对一榀两层两跨的方钢管混凝土柱-钢梁框架进行了竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的抗震性能试验研究,观测了框架的破坏形态,得到了框架试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线,分析了方钢管混凝土框架的破坏机制、滞回性能、延性、耗能能力、强度及刚度退化等力学性能。结果表明:框架试件基本实现了梁铰破坏机制,具有良好的变形性能和耗能能力,位移延性系数为5.86~6.42,等效黏滞阻尼系数达到0.454,均满足延性框架的抗震要求。框架试件的强度和刚度退化较为平缓,具有较强的抗侧移能力。     

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。     

隔板贯通式梁柱节点抗震性能试验研究

设计了低周反复荷载作用下3个十字形足尺隔板贯通式梁柱节点试件(其中2个节点的柱子浇筑了混凝土,1个为空钢管)的拟静力试验。通过研究拟静力试验所得的滞回曲线求得该节点的等效阻尼比,衡量它的耗能能力。从恢复力特性曲线得到了和一次加载相接近的骨架曲线,节点的初始刚度和刚度退化等参数。通过这些从强度、变形和能量等三方面判别和鉴定隔板贯通式梁柱节点的抗震性能,并得出了一些具有参考价值的结论。     

西安清真寺木牌楼结构特性与抗震性能分析

研究木结构古建筑的结构特性对保护和维修古建筑遗产具有重大意义.文中以西安清真寺木牌楼为研究对象,用弹簧单元模拟榫卯连接的半刚接特性,对其进行有限元数值分析.通过对榫卯连接的非线性接触分析得到了其各方向刚度值;在竖向荷载作用下结构的实际内力远小于其强度设计值,其安全裕度在60％以上;给出了结构的运动微分方程,结构模态分析...     

预应力混凝土空间框架节点二维拟静力试验研究

采用拟静力试验方法对预应力混凝土和普通钢筋混凝土空间框架内节点进行了不同轴压比下单、双向循环加载的试验研究,得到不同加载方式下试件的滞回曲线。分析了各个试件的破坏形式、承载力、刚度、延性及耗能能力,通过比较和对滞回曲线的分析得出：双向水平荷载作用对构件耦合作用明显,构件存在扭转效应,构件的强度退化和刚度退化比单向荷载作用严重,节点的耗能能力降低。     

中国木结构传统建筑典型震害分析与保护对策

为了加强对中国木结构传统建筑的保护,根据对近年来震害调查结果的分析与归纳,对木结构传统建筑的瓦件滑落、屋脊折断、屋面下沉、屋顶装饰件缺失、节点拔榫、柱底侧移、填充墙破损等典型震害特征及其成因进行了分析。分析结果表明,木结构传统建筑具有较好的抗震性能,但其部分构件连接较差、缺乏及时保养与加固、木构架与砖石墙体间变形不协调以及砖石材料本身抗震性能差等原因,是造成中国木结构传统建筑震害的主要原因。由此可得出以下结论:为提高木结构传统建筑的抗震性能,应当通过日常管理排除病害隐患,对薄弱结构应当及时加固以提高其抗震性能。     

半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对一榀单跨两层半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载试验,分析结构破坏模式和耗能机理,得到了承载力、延性、刚度、耗能能力等指标.结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;半刚框架和墙板协同工作良好;斜加劲肋的设置缓解了钢板沿拉力带方向的面外变形,提高了墙体的弹性屈曲倚载及初始刚度,减轻了滞回曲...     

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。     

底部矩形柱上部异形柱框架抗震性能试验研究

通过对底部为矩形柱上部为异形柱框架结构的抗震性能试验研究。分析了该种结构的承载力,刚度及其衰减过程,延性,滞回特性和破坏特征,试验表明,这种框架抗震性能良好。