古建筑木结构柱础连接力学模型与减震加固的研究

摘要

中国古建筑木结构是我国宝贵的建筑文化遗产，在汶川地震和芦山地震中，灾区古建筑受到了不同程度的损伤。其中，榫卯节点的拔榫和柱脚的移位是主要震害形式，对古建筑木结构进行合理的抗震加固迫在眉睫。因此，对榫卯节点和柱础连接的受力机理和古建筑木结构减震加固的研究，具有重要的现实意义。本文详细分析了直榫节点和柱础连接的受理机理，分别建立了直榫节点和柱础连接的力学模型，并采用阻尼器对古建筑木结构进行减震加固的方法进行了探究。主要研究内容和成果如下:
　　首先，对师兄王超建立的直榫节点力学模型进行了参数优化，在此基础上提出了简化模型。定义了力学模型的三个关键点，给出了力学模型的简化计算公式，将其简化为三折线M-θ力学模型。并与试验模型进行对比，验证了简化模型的正确性。
　　然后，对柱础连接的受力机理进行了分析，将柱础连接简化为水平弹簧单元。建立了啮合状态和滑动状态的动力方程，确定了两种状态转换的临界条件，推导出了柱脚滑移的最大值，得到了柱底水平剪力与柱脚最大滑移量的关系，建立了柱础连接的P—△力学模型。
　　最后，提出了一种适用于古建筑木结构加固的新型阻尼器，并基于前文提出的直榫节点和柱础连接的力学模型，以雅安市观音阁为例，建立有限元模型，采用该阻尼器进行减震加固。研究结果表明，柱脚滑移隔震效果不明显，榫卯节点的转动摩擦发挥了主要的耗能作用。因此，阻尼器加固能为结构提供附加阻尼，耗散地震能力，防止榫卯拔榫，是一种较好的加固方法。
　　综上，本文建立了直榫节点和柱础连接的力学模型，提出了新型阻尼器，对古建筑木结构减震加固进行了探究。以期为古建筑木结构的修缮加固提供借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 榫卯节点和柱础连接的研究现状

1．2．1 模型试验

1．2．2 受力分析

1．2．3 数值模拟

1．2．4 榫卯节点和柱础连接的国外研究现状

1．3 古建筑木结构加固的研究现状

1．3．1 铁件加固

1．3．2 纤维复合材料加固

1．3．3 不同加固方法的对比

1．3．4 加固方法的国外研究现状

1．4 研究目的和研究内容

第2章 直榫节点的力学模型

2．1 引言

2．2 木材的力学性能

2．2．1 木材横纹受压的应力—应变关系

2．2．2 木材的摩擦系数

2．3 直榫节点力学模型的推导

2．3．1 受力机理分析

2．3．2 基本假定

2．3．3 几何条件

2．3．4 平衡条件

2．3．5 物理条件

2．4 直榫节点力学模型的算法

2．5 直榫节点力学模型的验证

2．5．1 模型参数的选取

2．5．2 计算结果与试验结果的对比

2．6 直榫节点力学模型的简化

2．7 本章小结

第3章 柱础连接的力学模型

3．1 引言

3．2 柱础连接的构造

3．3 柱础连接力学模型的推导

3．3．1 柱础间摩擦力

3．3．2 受力分析

3．3．3 基本假定

3．3．4 临界转换条件

3．3．5 柱脚最大滑移量

3．4 柱础连接力学模型的算法与验证

3．4．1 力学模型的算法

3．4．2 力学模型的验证

3．5 本章小结

第4章 古建筑木结构减震加固的研究

4．1 引言

4．2 榫卯节点新型阻尼器

4．3 古建筑加固原则

4．4 某古建筑的震害情况

4．5 有限元模型的建立

4．5．1 材料力学参数

4．5．2 榫卯节点、柱础连接和斗拱节点的力学模型

4．5．3 模型建立

4．5．4 模态分析

4．5．5 阻尼器的布置

4．5．6 地震波的输入

4．6 减震加固效果的分析

4．6．1 自振周期

4．6．2 加速度反应与动力放大系数

4．6．3 位移响应

4．6．4 杆件内力

4．7 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果