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%。     

四柱传统摇摆木构架恢复性的试验研究

为了探究宋式传统摇摆木构架的结构受力特征，对1∶2宋式四柱四梁木构架缩尺模型进行了水平低周往复试验，基于滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线的变化特征，采用滞回环屈服刚度、位移恢复系数和层间位移集中系数探究其恢复性。结果表明：各狭长S型带状滞回环具有相似性，其等效刚度退化显著；水平位移超过屈服位移后，滞回环屈服刚度趋于整体屈服刚度；位移恢复系数介于0.6～0.8之间，木构架具有良好的位移恢复能力；木构架的层间位移集中系数在1.08～1.65之间，水平变形集中在柱架层，柱架层是木构架恢复性的来源。研究成果是建立传统木构架理论分析模型的基础，可为现存古建筑木结构的现状评估以及加固修缮提供参考。     

江浙地区抬梁和穿斗木构体系典型榫卯节点受力性能

针对江浙地区抬梁和穿斗木构体系中馒头榫、透榫、半榫及瓜柱柱脚直榫4种典型榫卯节点,通过试验研究其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、延性系数及耗能能力.结果表明:馒头榫、透榫、半榫节点的滞回曲线均呈Z形,具有明显的捏拢特性,而瓜柱柱脚直榫节点的滞回曲线呈反S形,较不饱满;这4种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,耗能能力随着节点转角的增加而减小;在节点耗能能力上,按从优到劣排序分别为半榫、馒头榫、透榫、瓜柱柱脚直榫.研究结果可为抬梁和穿斗木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础.     

碳纤维布加固透榫木构架抗震性能试验

榫卯节点在地震中极易损坏,加固榫卯节点成为加固木结构建筑的关键。通过对3榀按照《中国古建筑木作营造技术》制作的透榫木构架,分别采用3种不同碳纤维(CFRP)布加固方案加固的构架进行水平低周反复加载试验,得到未加固构架和3种不同加固构架的破坏模式、拔榫量、P-Δ滞回曲线、骨架曲线、刚度退化及耗能能力等。通过试验研究表明:经CFRP布加固后,3种不同加固构架的CFRP布破坏程度不一样;拔榫值在加载后期较未加固构架明显减小;加固构架的承载力与刚度提高,其中双层分离式CFRP布加固提高的最多;节点的耗能能力稍有降低。3种CFRP布加固方法均取得了较好的加固效果,双层分离式加固效果最优。     

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.     

拔榫状态下的古建筑木结构透榫节点试验

为了准确把握节点拔榫与木构架力学性能的关系,进而为整体结构的安全性评价提供依据。本文按照《清式营造则例》大式建筑的尺寸,建立了缩尺比为1：2的四个不同拔榫程度的一榀透榫构架模型,通过对其进行竖向加载试验,得出了节点主要破坏形式、跨中P—A曲线,根据试验数据,分析了透榫半刚性连接特性和不同拔榫下榫卯节点的受力过程,并首次提出了榫卯连接受力过程分为铰接和刚接两个阶段。研究结果,可为古建筑研究者在进行类似结构分析及修缮加固中提供参考依据。     

广府古建筑木结构箍头榫节点弯矩-转角关系理论分析

广府祠堂木结构节点多采用箍头榫形式,其受力性能与已有的直榫、燕尾榫等均存在差异,为研究箍头榫节点的受力性能,开展了箍头榫节点的受力机理分析,推导了弯矩-转角理论计算公式,并通过试验结果验证了理论计算公式的正确性;基于理论计算公式,对影响箍头榫节点弯矩-转角关系的各个因素进行分析.分析结果表明,在所计算的参数范围内,节点初始转动刚度和极限弯矩随着柱直径、榫宽度、摩擦系数、榫头侧面和卯口间挤压宽度的增大而增大,节点极限弯矩随着梁高增大而增大,而节点初始转动刚度受梁高的影响不大.所得结果可为广府地区古建筑木结构的受力分析及抗震性能研究提供理论依据.     

空腹桁架结构在低周反复荷载作用下的试验研究

本论文通过对一个缩尺的空腹桁架结构模型试件的低周反复加载试验及其分析,研究空腹桁架结构在恒定竖向荷载和低周反复水平荷载共同作用下的破坏机理和抗震性能,包括破坏模式、极限承载力和滞回性能、耗能能力、刚度的变化情况、结构的延性等,并与一个混合桁架结构试件进行了对比。     

型钢混凝土L形柱—混凝土梁节点的受力性能

为了研究型钢混凝土(SRC)L形柱—混凝土梁框架节点的受力性能,设计了4个试件进行低周反复加载试验,揭示了其受力破坏机理;获取了节点受力全过程的荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线,分析了其变形能力和能量耗散能力.结果表明:反复荷载作用下SRC异形柱框架角节点的抗震性能良好,荷载—位移滞回曲线的滞回环饱满、对称,其抗...     

碳纤维布加固古建筑木结构直榫节点试验

采用拟静力法制作了4个直榫木梁,分别对不同竖向荷载作用下有无碳纤维布加固时梁的抗震性能进行了分析。试验得出水平位移和水平力的滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线。试验结果表明:碳纤维布加固能够显著降低节点位移,降低幅度可达20.1%,推迟达到屈服位移的时间,同时节点承受的水平极限荷载可增大71.9%,大幅度提升结构的安全性。竖向荷载越大,碳纤维布加固效果越明显。     

再生混凝土框架边节点抗震性能试验研究

通过2榀再生混凝土框架边节点试件在低周反复荷载作用下的试验,了解了再生混凝土框架边节点核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏形态;得到反复荷载作用下节点核心区箍筋和梁端纵筋荷载-应变滞回曲线,以及核心区箍筋应力随荷载变化规律,运用ABAQUS软件建立了节点有限元模型,采用正反向单调加载的方法近似模拟试件的受力状况,2榀试件的混凝土以及钢筋应力数值计算结果与试验实测结果吻合较好,梁端极限荷载计算值与试验值相差在1.3％～10.3％之间.     

半刚性连接梁柱式木结构抗侧力性能研究

考虑木结构节点的半刚性特性,推导了半刚性框架在侧向力作用下的刚度计算公式,讨论了节点半刚性对框架内力分配的影响.对3榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了水平荷载试验,其中1榀为单调加载,2榀为低周反复加载;对5个采用相同设计的梁柱节点足尺试件进行了抗弯性能试验,其中3个为单调加载,2个为低周反复加载.根据试验现象研究了螺栓连接木结构梁柱框架的抗侧力性能、梁柱节点的抗弯性能以及两者的传力机理和破坏模式.最后,基于获得的试验数据对推导的理论公式进行了验证.     

竹集成材钉节点抗剪性能试验研究

为研究铁钉直径和夹角对节点的破坏模式及承载力、滞回特性、刚度退化、耗能能力等性能的影响,对50个竹集成材（laminated bamboo lumber,LBL）钉节点进行单调和低周反复荷载试验. 结果表明：不同加载模式下的节点破坏模式存在明显区别. 单调荷载作用下,节点的破坏模式主要表现为铁钉“双铰”模式和钉杆下部的纤维压碎破坏. 而在低周反复荷载作用下,大部分的铁钉发生了由于反复弯曲变形所致的疲劳断裂破坏,这种破坏现象却极少发生在振动台试验和实际的地震中. 铁钉直径是影响钉节点受力性能的主要因素,节点的承载能力和刚度随铁钉直径的增加而显著提高,而夹角对节点的力学性能影响较小. LBL钉节点单调加载试件的承载力和刚度均比低周反复荷载加载试件高. 加载初期试件的荷载-位移滞回曲线形状不饱满,具有明显的“捏缩”现象. 试件的累积耗能随铁钉直径增大而增加,并随加载角度增大而减小. 研究成果可为LBL钉节点的设计提供理论依据,并加速其在土木工程领域的应用.     

钢构件加固古建筑榫卯节点抗震试验

为探讨古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法,提出了一种钢构件加固方法.基于故宫太和殿某开间结构原型,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架试验进行了3组,加固试验进行了2组.基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标.结果表明:钢构件加固榫卯节点后,节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,加固后的节点仍有较好的耗能能力和延性.因此钢构件具有良好的加固效果.     

基于有限元技术的传统木结构关键构造节点的性能研究与分析

中国古代木结构关键节点有大屋顶和柱头的榫卯连接等,为研究其对结构整体性能的作用,使用贴近分析木结构需要的有限元软件ABAQUS,根据木结构营造法式,构建包含台基层、柱架层、铺作层的大木作结构模型,采用了合理的网格划分措施用于研究在水平往复载荷和地震波作用下结构能的耗散和刚度变化。通过控制结构上覆的用来模拟屋架层的竖向荷载大小,得到结构不同竖向荷载时在往复加载下的滞回曲线、骨架曲线,表明一定程度上,木结构的大屋顶质量越大,耗能越可观,且结构整体刚度越大;结构刚度随水平力的增大出现恒量、刚度退化、刚度崩溃的变化阶段。通过结构静力推覆实验,得到柱头榫卯连接的破坏机理,表明古建木构架的修缮关键应加强节点处榫卯连接。通过分析节点的破坏方式,找出结构的薄弱部分,能为结构检测提供依据,并指导古建木结构的加固改造工作。     

不对称榫卯节点正反向受弯性能试验研究

对透榫、半榫、十字箍头榫3种不对称榫卯节点的正反向受弯性能进行了单调加载试验,获得了节点的弯矩-转角、拔榫量-转角关系曲线以及节点的破坏形态.结果表明:透榫和十字箍头榫正反向受弯破坏形态分别为榫头变截面处顺纹撕裂继而榫根折断和榫根附近处受弯破坏,而半榫正反向受弯破坏形态均为脱榫破坏.透榫和半榫节点正向受弯承载力和破坏时的极限转角比反向受弯小很多;十字箍头榫节点正反向受弯承载力比较接近,但正向受弯破坏时的极限转角比反向受弯大很多.3种榫卯节点的拔榫量和转角均具有很好的线性关系.此外,榫头上侧缝隙对榫卯节点的受弯性能有着重大影响.     

柔性连接的配筋砌体墙混凝土框架抗震性能理论研究

配筋砌体墙与周边框架的连接方式对框架结构的抗震性能影响较大。设计了3榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能研究。分析了三种柔性连接形式——连接键连接,墙梁连接、墙柱连接的框架的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能特性。结果表明:与连接键连接和墙柱连接类型相比,墙梁连接类型的滞回曲线比较饱满;在水平地震作用下,墙梁连接类型具有较好的耗能能力。     

再生混凝土空心砌块墙体的抗震性能

通过对3片不同竖向荷载作用下的再生混凝土空心砌块墙体进行水平低周反复荷载试验,考察了墙体的受力性能、破坏机理及承载能力,分析了其滞回特性、骨架曲线、延性、耗能等抗震性能.研究结果表明:再生混凝土空心砌块墙体在无竖向荷载的情况下,破坏时的裂缝数量较少,主裂缝明显;在施加竖向荷载的情况下,破坏时无明显主裂缝,结构受力均匀.墙体的滞回曲线较饱满,延性较好,耗能能力较强,抗震性能良好.试验墙体的刚度退化趋势大致相同,墙体的初始刚度较大,开裂后刚度退化迅速.     

预应力混凝土空间框架角节点二维抗震性能试验研究

采用二维拟静力试验方法对预应力混凝土和普通混凝土空间框架角节点进行了双向循环加载的试验研究,得到试件的滞回曲线.分析了各个试件的破坏形式、承载力、刚度、滞回曲线、骨架曲线和耗能并应用有限元方法进行数值分析,得出:双向水平荷载作用对角节点构件有明显的耦合作用和扭转效应,节点的破坏形式影响节点的耗能能力和延性,梁的高度也是影响节点破坏形式的重要原因之一.     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能试验及影响因素分析

通过9个型钢混凝土L形柱空间角节点模型试件的低周反复加载试验,以揭示该类节点的抗震性能指标.观察了其破坏过程及形态、得到荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及特征点参数等抗震性能指标,并对柱截面配钢形式、轴压比、加载角度以及连接梁的结构形式4个变化参数对抗震性能的影响规律进行了深入分析.结果表明:型钢混凝土L形柱空间角节点发生了伴随扭转的节点核心区破坏;滞回曲线饱满、位移延性系数较大、耗能能力强;强度、刚度衰减退化过程缓慢,表现出较好的抗震性能.