雀替型阻尼器加固箍头榫木框架结构的抗震性能

为研究广府古建筑木结构的抗震性能及加固方法,采用菠萝格木材,设计并制作了两榀不同结构形式的典型广府木祠堂箍头榫框架,提出并制作了用于木结构榫卯节点加固的雀替型阻尼器,对雀替型阻尼器加固前后的木框架进行低周往复荷载试验,研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果。研究结果表明：阻尼器可以弥补初次加载产生的损伤,在转角不大时给残损的榫卯节点提供较高的初始刚度,并在榫卯节点自身开始闭合时与之协同受力,提高节点刚度、极限承载能力和耗能能力,使得加固试件的极限承载能力高于未加固试件;未加固试件经过加载,出现了榫卯脱离、榫卯局部压屈现象,加固试件的破坏形式主要为榫卯脱离、榫卯局部压屈和竖向顺纹劈裂裂缝;各节点的滞回曲线呈现明显的“捏缩”现象,榫卯节点强度退化系数均大于0.83,在循环荷载作用下表现出稳定的承载性能,随节点转角的增大,各节点的环线刚度、等效粘滞阻尼系数呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势;边跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.1～0.2,而中跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.05～0.1,且经过阻尼器加固,边跨框架与中跨框架试件的总滞回耗能分别提高了67%和19%。     

榫卯节点等效刚度对木结构抗震性能的影响

在分析木结构整体抗震性能时,若考虑填充墙等非结构构件对木结构刚度贡献,则可采用榫卯节点等效刚度分析模型;本文建立了包含榫卯节点的木结构平面内有限元模型,分析了在不同榫卯节点等效刚度取值条件下,木结构自振周期、地震内力及变形等变化规律;根据其影响程度及规律,将榫卯节点划分为刚接型、半刚接型以及铰接型三种榫卯节点等效分析模型。研究结果可为木结构古建筑的抗震性能研究提供理论参考。     

预应力方套管连接胶合木梁柱节点抗弯试验

提出在胶合木结构中采用预应力方套管螺栓连接,该连接采用高强螺栓和钢套管作为连接件.通过单调加载和往复加载下的梁柱节点抗弯试验,对比了方套管节点和传统螺栓群连接节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度和耗能性能.结果表明,由于摩擦阶段钢管与钢板间的摩擦力确保了初始传力,套管节点的初始转动刚度显著提升,耗能能力也得到改善.     

江南地区传统木构建筑半榫节点受力性能研究

对江南地区传统木构建筑中常见的半榫节点受力性能进行了试验和理论研究.通过试验获取该种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、转角刚度.结果表明:该种榫卯节点的滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性.该种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段.此外,综合考虑半榫节点的接触非线性和木材的材料非线性,采用ANSYS非线性有限元方法对其受力性能进行分析,有限元分析结果和试验结果较为吻合,通过分析,获取了半榫节点的平面内(竖向)转角刚度、平面外(水平)转角刚度和扭转刚度的相互关系,可近似归纳为1.4∶1.0∶1.1.研究结果可为江南地区传统木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础.     

应县木塔斗栱竖向受力性能精细化有限元模拟

山西应县木塔是我国现存最高和最古老的古代木结构建筑。木塔在建造时未曾使用过任何金属连接件,而是通过斗栱和榫卯连接各梁柱构件。木塔在遭受近千年的地震、强风以及人为破坏等作用后,依然屹立不倒,主要是斗栱和榫卯节点起着关键的作用。为了对应县木塔进行安全评估,本文对木塔斗栱的竖向受力性能进行了有限元分析。基于节点的真实构造、木材复杂本构关系模型和各构件间摩擦接触关系模型,建立了木塔典型斗栱节点的精细化有限元模型,并对其在竖向荷载下的受力性能进行了模拟分析。     

复合榫卯节点连接特性拟静力试验研究

实际工程中的榫卯节点往往形式复杂,由多种不同榫卯连接形式组合而成,称这类节点为复合榫卯节点,目前复合榫卯节点的连接特性尚不明确.基于沈阳故宫文溯阁古建筑,以影响该建筑力学特性和抗震性能的一个重要的复合榫卯节点作为试验对象,进行拟静力试验研究,分析讨论了该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、特征参数和恢复力模型.试验结果表明复合榫卯节点拥有良好的变形性能,破坏形式为榫头脱出量超过规范要求导致的破坏,弯矩-转角滞回曲线呈Z字形,验证了复合榫卯节点的半刚性能.所得到的恢复力模型可以为文溯阁古建筑的有限元分析提供必要的理论依据,也可为同类型木结构古建筑的保护和修复提供可靠的试验基础.     

FCP复合墙板在循环荷载下抗剪性能试验

目的研究纤维水泥压力复合外墙板在低周往复荷载下的抗剪力学性能,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过对3面足尺的FCP复合外墙板进行低周往复试验研究,得到各试件的荷载-转角曲线,承载力骨架曲线,极限承载力,转角延性系数,能量耗散系数,抗剪刚度.结果 FCP复合外墙板试件的破坏模式主要表现为:FCP覆面板角部位置破坏,冷弯薄壁型钢龙骨与自攻螺钉连接失效,两侧边框龙骨节点位置冷弯型钢龙骨连接位置破坏.试件延性系数在1.98~6.56,能量耗散系数在0.56~0.71,并得到了试件在层间位移角达到1/300时,对应的抗剪刚度.结论 FCP复合墙板满足正常使用状态下承载力要求.整个加载过程中,墙板试件没有从主体结构脱落.钢龙骨间距对试件侧向抗剪承载力影响不大,窗洞口削弱了试件的侧向抗剪承载力.     

竖向拼缝对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为研究竖向拼缝对正交胶合木(CLT)剪力墙抗侧性能的影响,设计了无竖向拼缝和有竖向拼缝的两种CLT剪力墙试件,对这两种CLT剪力墙试件进行了拟静力往复加载试验,对比了往复荷载作用下两种CLT剪力墙试件的破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力和刚度退化特性。研究结果表明:无竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度较有竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度高,且相比于有竖向拼缝CLT剪力墙,无竖向拼缝CLT剪力墙在往复荷载作用下耗散了更多的能量;在相同的侧向位移下,无竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形较有竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形严重;两种CLT剪力墙试件均表现出了明显的刚度退化现象。     

足尺柱承重模块化钢框架稳定承载力试验研究

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳定承载力与破坏模式。最后,考察了模块间节点对模块化钢框架结构整体性能的影响,并验证了结构稳定承载力理论计算模型与数值分析模型。结果表明：模块间节点的半刚性属性对模块化钢框架的稳定承载力影响较大,设计时应加以考虑;竖向荷载作用下模块化钢框架破坏模式为上下层模块角柱整体失稳;子结构模型能够较好地计算柱承重模块化钢框架的整体稳定承载力。     

带消能节点的梁柱式木结构民宅的抗震性能

以Q235钢制作的消能节点,将规格木材组合成的梁、柱连接成具有较大抗侧刚度的延性框架体系.该结构不使用我国传统木结构的榫卯连接,节点不削弱木构件,故具有更高的承载力;不需要北美轻型木结构体系中的墙体提供抗侧刚度,因而结构布置灵活,且节省材料.对采用该节点的木框架结构示范工程进行了结构分析和足尺节点的拟静力试验.结果表明:节点通过钢板的塑性变形消耗能量,具有良好的耗能能力;在考虑频遇地震作用参与的荷载标准组合作用时,结构的变形能满足现行建筑抗震设计规范的相关要求;在罕遇地震作用时,框架的弹塑性变形集中在消能节点上,层间相对弹塑性角位移小于1/50,达到我国现行规范抗震设防的目标.     

球状飞射物对屋面瓦片冲击效应的数值模拟

选取典型的球状混凝土飞射物,研究其对一种典型屋面陶土瓦片的冲击破坏作用.基于ANSYS/LS-DYNA平台,参考落球冲击试验方法建立冲击碰撞的有限元计算模型.选取Johnson-Holmquist-Ceramic本构模型模拟陶土瓦片材料,引入单元应变失效准则模拟瓦片破坏情况,采用显式动力学方法研究落球冲击试验中瓦片应力、应变、变形的时变机理.对冲击速度、球块质量、瓦片倾角进行参数分析,结果表明,瓦片最大等效应力与冲击速率及球块质量大致成正比,与瓦片倾角相关性不大.冲击过程是一个能量显著转移的过程,根据损伤方程计算出陶土瓦片能承受不超过34.35m·s~(-1)的来流风速下球状混凝土飞射物的冲击破坏作用.     

大悬挑屋盖结构的风振控制设计方法

分析了风振条件下大跨度屋盖结构中悬挑竖向位移的控制方法,指出传统的模态应变能法因忽略阻尼器的耗能刚度部分可能产生较大误差,并对此给出了修正方法。推导了附加消能支撑的竖向控制力、等效刚度和等效耗能因子公式。根据上述方法和公式,对一大悬挑屋盖结构进行了风振控制设计。经实例应用说明,笔者提出的风振控制设计方法方便实用。     

被动式超低能耗木结构建筑外围护结构节能设计

在被动式超低能耗木结构建筑能量损失中外围护结构的传热损失占比最高,为了降低能耗,研究了被动式超低能耗木结构建筑外围护结构节能设计方案。通过标定热箱法对建筑外围护结构保温性进行测试,获取建筑外围护结构传热系数或热阻。分析了建筑外围护外墙、屋顶和外窗,研究了各外围护组成部分的传热系数。将屋顶、外墙和外窗当成正交实验的三个因素,通过等水平正交实验表获取实验方案组合。将研究的被动式超低能耗木结构建筑当成基准建筑,将其冷热总负荷和各外围护结构节能设计方案全年空调总负荷的差值当成对应组合方案的总负荷节能值,获取节能设计方案。利用Energyplus软件对设计节能方案进行能耗模拟,获取前三个最优方案在一段时间内的能耗值,对节能设计方案进行验证。结果表明：4号节能设计方案空调总负荷节能值最高,其次是2号节能设计方案,再次为8号节能设计方案;方案4能耗低,二氧化碳减排量高,舒适性好。可见桁架屋顶、玻璃纤维保温棉填充墙体、low-E中空（断热铝窗框）外窗组成的外围护结构节能设计方案最优。     

机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布

基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.     

新型木结构装配式盒子住宅技术

提出了一种新型的木结构——装配式木盒子住宅体系,通过搭建装配式木盒子住宅体系的整体框架以及对其中材料、基础、木盒子、木盒子组合、木盒子与木盒子连接、外围护体、木屋盖等核心问题的具体研究,阐述了以该体系建造的木构多层公寓各方面性能都能达到国家规范要求。     

钢结构可替换梁端塑性铰滞回耗能研究

为避免钢结构梁柱节点在地震作用下出现脆性破坏,提出一种新的梁端削弱型结构形式来实现塑性铰的外移。采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行滞回耗能能力的分析,同时对不同削弱深度的截面内力进行对比分析,并使用Perform-3D软件的静力推覆工况对新型塑性铰框架和普通框架的承载能力进行对比分析。研究结果表明,首先达到屈服强度的截面是上、下耗能板削弱最深位置的横截面;随着耗能板削弱深度的增加,耗能板削弱最深处横截面就会越容易屈服,且能够有效地降低梁柱节点焊缝截面的作用反力;新型塑性铰的耗能能力主要与耗能板的削弱深度有关,在满足承载力要求的情况下随着削弱深度的增加,塑性铰的耗能能力不断增加;由静力推覆分析可知,拥有新型塑性铰框架的整体承载能力比普通框架的整体承载能力低,所以过度的削弱耗能板深度会导致框架不能满足结构承载力的要求。适当的削弱深度会增加节点延性,提高节点的抗震能力,实现塑性铰外移的目标,起到保护梁柱节点的作用。研究结果可为削弱型梁柱节点的研究提供参考。     

预制钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能研究

将型钢桁架代替普通钢筋配置在钢筋混凝土剪力墙中形成钢桁架混凝土组合剪力墙,该剪力墙便于预制和安装,适合用于装配式建筑。采用ABAQUS有限元分析建立了钢骨混凝土剪力墙的抗震分析模型,利用试验数据进行了验证。进而使用该模型研究了钢桁架混凝土组合剪力墙的抗震性能,对5个不同设计参数的钢桁架混凝土剪力墙进行了往复加载模拟,研究轴压比和型钢含钢率对其滞回性能、变形能力、刚度退化以及耗能能力的影响。结果表明:轴压比增大对于钢桁架混凝土组合剪力墙的变形能力和耗能能力均不利;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对剪力墙耗能能力的提高明显,对承载能力提高较小。     

基于有限元分析晋北传统民居木质装饰构件的营造特性

为推动国家乡村振兴的战略需求和传统地域建筑的发展研究,这势必需要对传统民居建筑文化重新转译,而目前国内对传统装饰构件的研究还停留在艺术人文或部分节点的方向上,缺乏跨学科研究和从房屋的整体营造结构出发进行定量分析。因此研究晋北传统民居木质装饰构件的营造特性,通过前期调研基于有限元分析对晋北代表性木结构五架檩木结构、广亮大门木结构、垂花门木结构进行研究,结合DLUBAL RFEM软件进行模型构建和模拟,通过施加横向荷载将同一木构有装饰构件和无装饰构件两种状态下产生的最大位移进行计算分析。科学的得出了晋北传统民居木质装饰构件的营造特性：晋北民居注重实际功能用途,多数装饰构件都有着其结构功能,它们不仅有着装饰艺术更有着重要的维护性作用;在同一木结构体系下,有装饰构件比无装饰构件更能抵御横向剪力,使木结构整体更为稳固,遇到横向荷载时产生的位移较小整体木构抗剪承载力有明显提高;有装饰构件和无装饰构件两种条件下受到的水平荷载和最大位移之间有正相关关系,斜率上的差值证明二者整体木构稳定性有较大的差距。装饰构件的拉结作用提高了受力节点的稳固性,从而提高了民居木构整体的稳定。将装饰构件与营造技术结合研究可以为今后对传统民居装饰艺术与营造的保护和发展提供新的参考。     

钢筋环扣连接的叠合梁柱节点力学性能研究

提出一种叠合梁柱节点的钢筋环扣连接技术,对4个试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能,耗能能力、刚度退化等力学性能。试验结果表明：钢筋环扣连接节点在低周往复荷载作用下的承载力和刚度退化方面优于现浇与弯锚节点。在此基础上,采用ABAQUS对不同弯折高度的钢筋环扣连接节点进行单调加载计算分析,参数分析结果表明：增加钢筋环扣的弯折高度会降低节点的抗弯刚度,但在节点受拉钢筋屈服后,其承载力下降较缓。     

凤鸟图形在中国古典木架建筑屋顶中的运用

中国传统吉祥动物凤鸟与中国古典木架建筑屋顶的造型之间存在着密切关系比较古典木架建筑屋顶造型与商周遗留下来的凤鸟图形的形状，两者存在许多相似之处，为证明中国古典木架建筑屋顶造型源自中国传统吉祥动物凤鸟图形的说法提供了有力的证据，中国古典木架建筑屋顶造型的实用性和观赏性与凤鸟图形有着千丝万缕的关系。