不同松动程度下古建筑燕尾榫节点抗震性能试验研究

摘要

木结构古建筑是中国祖先几千年来所遗留下来的智慧，它具有重要的科学性、文化性和艺术性；其中，古建筑木结构的一个重要特征在于结构构架间采用榫卯连接。榫卯节点具有耗能好、变形能力强等优点，但榫卯节点在历经几百甚至上千年的内部和外部环境共同作用下，均存在不同程度的松动，而松动对木结构的抗震性能具有重要影响，因而掌握榫卯节点在不同松动程度下的抗震性能是木结构古建筑修缮保护的基础。本文完成的主要研究工作有：
　　（1）本文采用人工模拟燕尾榫节点松动的方法，考虑不同松动程度的影响，通过6个不同松动程度下燕尾榫节点的低周反复荷载试验，得到了燕尾榫节点在不同松动程度下的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度和强度退化规律、耗能和变形能力等性能。结果表明：节点的破坏形态主要为榫头部分拔出、榫头和卯口间挤压变形严重、卯口处木材纤维翘起，而柱和枋基本完好；所有节点的弯矩-转角滞回环形状均呈反Z形，且节点松动程度越大，其滞回环捏拢效应越明显；节点在松动状态下的弯矩、刚度和耗能能力均低于完好节点，且随着节点松动程度增加而逐渐降低；但节点在松动后均具有较好的变形能力。
　　（2）通过对不同松动程度下燕尾榫节点试验结果的分析，提出了基于抵抗破坏潜能、松动程度和抵抗破坏潜能的双参数、强度储备三种残损评估方法，并对三种残损评估方法进行了对比分析。结果表明：基于抵抗破坏潜能和强度储备的残损评估仅考虑了单因素对残损的影响，结果离散性较大，对节点残损评估不够全面，且基于强度储备的残损评估得出的残损系数偏小；而基于松动程度和抵抗破坏潜能的双参数残损评估，从节点本身的松动程度和抵抗破坏潜能两个方面考虑了对残损的影响，较为全面和合理。
　　（3）在试验研究的基础上，利用ABAQUS软件对燕尾榫节点进行了有限元模拟，并将计算结果与试验结果进行对比，结果显示，两者较为吻合。在此基础上对节点进行了参数分析，研究了摩擦系数、材料性能、松动程度、轴向荷载、节点尺寸等参数对其受力性能的影响。结果表明：增大摩擦系数、顺纹弹性模量、横纹弹性模量、榫头高度，能够提高节点的弯矩和转动刚度；但顺纹抗压强度、轴向荷载、柱径对节点的受力性能影响较小；随着节点松动程度的增加，节点弯矩和转动刚度退化的速率越来越快。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 古建筑木结构榫卯节点抗震性能研究现状

1.3 当前研究中有待解决的问题

1.4 本文的研究方法及内容

1.5 研究意义

2 不同松动程度下燕尾榫节点拟静力试验

2.1 引言

2.2 试验概况

2.3 试验过程及破坏形态

2.4 本章小节

3 不同松动程度下燕尾榫节点抗震性能分析

3.1 引言

3.2 节点抗震性能分析

3.3 本章小节

4 不同松动程度下燕尾榫节点的残损评估

4.1 引言

4.2 残损评估

4.3 三种残损评估方法的对比分析及建议

4.4 本章小节

5 基于ABAQUS的燕尾榫节点有限元建模及参数分析

5.1 引言

5.2 有限元计算模型

5.3 有限元计算结果与试验结果对比

5.4 应力分析

5.5 参数分析

5.6 本章小节

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录