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.     

传统木结构单向直榫节点转动弯矩-转角关系理论分析

以传统木结构中最简单的单向直榫节点为研究对象,分析其受力机理,推导了单向直榫节点转动弯矩-转角理论计算公式,并借助试验数据对该公式进行了验证,理论计算结果与试验结果吻合较好.以理论公式为基础,对影响单向直榫节点转动弯矩的参数进行了分析,结果表明:当榫头长度与柱径之比小于1时,榫头长度的增加能显著提高单向直榫节点的转动弯矩和初始转动刚度;榫头宽度的增加同样能够提高单向直榫节点的转动弯矩以及初始转动刚度;摩擦系数的增大能够在一定程度上提高节点的转动弯矩,但对节点的初始转动刚度影响不大.研究结果可为传统木结构的抗震性能评估和修缮加固提供一定的参考.     

带空隙透榫节点弯矩-转角关系理论分析

为研究带空隙的典型不对称榫卯节点——透榫节点的弯矩-转角关系,构建了节点的埋置嵌压作用力学模型.通过建立平衡方程、物理方程及几何关系,推导了节点的弯矩-转角理论计算公式,并与试验结果进行了对比,分析表明:理论计算结果与试验结果吻合较好.进一步定量分析了空隙g以及摩擦因数μ对节点弯矩和初始转动刚度的影响,结果表明:随着空隙g的增大,透榫节点正反向初始转动刚度均逐渐减小,且与空隙g基本呈线性变化;正反向加载情况下,透榫节点弯矩和转动刚度均随摩擦因数的增大而逐渐增大,尤其在节点屈服后表现更加突出;节点间空隙是节点弯矩和转动刚度的主要影响因素,摩擦因数对节点弯矩和转动刚度的影响略小于空隙的影响.所得结果可为古建筑木结构的加固保护提供理论依据.     

透榫节点的受弯性能

对透榫节点进行单调加载试验,获得其弯矩-转角关系曲线以及破坏形态,并运用有限元软件ABAQUS对榫头的变形状态和应力分布进行数值模拟.结合试验研究和数值模拟,建立了节点弯矩-转角关系的简化力学模型.研究结果表明:透榫节点正、反向加载时的破坏形态分别为榫头变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧的受弯破坏;节点正向加载时的受弯承载力和极限转角小于反向加载时的受弯承载力和极限转角;节点的抵抗力矩主要由小出部位与卯口之间的相互作用来提供;榫头上侧缝隙对节点的初始滑移段影响显著;节点正、反向加载时的弯矩-转角关系均可简化为三折线模型.     

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.     

瓜柱柱脚直榫节点受弯力学模型研究

为了研究古木结构中瓜柱柱脚直榫节点的受弯性能,设计了3个不同尺寸的缩尺试件模型.通过单调加载试验,获得了节点的弯矩-转角关系以及最终破坏形态.运用大型有限元分析软件,采用实体单元对节点的受弯性能进行数值模拟.结合试验研究和数值模拟结果,在一定简化假定的基础上建立了节点受弯时的简化力学模型.研究结果表明:瓜柱柱脚直榫节点的主要破坏类型为脱榫破坏;受弯时节点的抵抗力矩主要由柱顶轴压力对转动点来合成;节点的弯矩-转角曲线可以简化为带下降段的双折线模型.     

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.     

宋式二级燕尾榫特殊结构的力学性能分析

为了更好地分析燕尾榫结构的力学性能,建立了二折线多参数力学结构,并进行了适用于木结构的力学分析试验.然后,根据力学平衡与变形协调关系公式,提出了燕尾榫节点计算公式.研究结果表明,燕尾榫的变形主要集中在榫头与卯口的接触处,当单向载荷变大时,其弯矩也变大,容易对接触面造成损伤.荷载-位移曲线和极限荷载-竖向荷载曲线显示,当竖向荷载增加时,极限荷载也随之增加;当极限载荷达到屈服临界点时,位移的增加量变小并趋于平稳.     

宋式二级燕尾榫特殊结构的力学性能分析（英文）

为了更好地分析燕尾榫结构的力学性能,建立了二折线多参数力学结构,并进行了适用于木结构的力学分析试验.然后,根据力学平衡与变形协调关系公式,提出了燕尾榫节点计算公式.研究结果表明,燕尾榫的变形主要集中在榫头与卯口的接触处,当单向载荷变大时,其弯矩也变大,容易对接触面造成损伤.荷载位移曲线和极限荷载竖向荷载曲线显示,当竖向荷载增加时,极限荷载也随之增加;当极限载荷达到屈服临界点时,位移的增加量变小并趋于平稳.     

钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线影响因素

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点弯矩-转角骨架曲线的影响,确定影响节点"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,为该种节点的设计提供参考.方法设计了24个钢材屈服强度、含钢率等参数不同的节点,采用有限元软件模拟了全部节点在低周往复荷载作用下的受力过程,分析了不同参数对弯矩-转角骨架曲线的影响,模拟前采用已有文献试验结果验证了模拟方法.结果钢材屈服强度、含钢率和梁柱线刚度比的增大,该种节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度明显增大;轴压比对节点弯矩-转角骨架曲线影响很小;加强环板宽度增加,对节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度提高幅度不大;距离和孔间距增大或开孔率减小,节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度有所增加,但增加幅度不大,并且增加程度在非弹性阶段更为明显.结论开孔率、距离和孔间距是引起该种节点更容易实现"强柱弱梁"屈服机制的重要因素,影响程度开孔率最大、孔间距最小.     

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。     

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%。     

车用榫卯构件过盈连接的性能研究

将榫卯结构应用于新能源汽车铝合金骨架,优化了悬臂结构的受力方式。通过热胀冷缩法可实现榫卯结构的过盈配合,采用试验与有限元仿真分析相结合的方法,研究了不同过盈量下榫卯构件的最大承载力。试验结果表明,当榫卯样件立放时,榫卯构件过盈量取0.3 mm时可承受最大静载力分别为0.2 mm的1.437倍,0.1 mm的2.467倍;而榫卯样件横放时不同过盈量所对应的最大静载力基本相同。仿真分析进一步表明,当榫卯样件立放受载,榫头与卯口发生相对滑移时,三组试件均发生破坏,且发生拔榫现象。     

卯榫接头装配式矩形隧道静力行为及抗爆性分析

设计了一种应用于装配式矩形隧道的卯榫接头，探究了卯榫接头装配式隧道静力行为和内爆作用下的抗爆性能，建立了反映接头非线性力学特征的三维精细化数值模型，利用流固耦合分析实现了TNT爆炸模拟，对比评价了卯榫接头与现浇接头在不同围压荷载作用下的抗压弯承载能力、抗爆性及混凝土损伤特性.结果表明:新型接头抗压弯承载能力略高于现浇接头矩形隧道；在相同当量TNT炸药下，新型接头装配式矩形隧道抗爆能力整体上优于现浇接头矩形隧道；新型接头装配式矩形隧道损伤破坏主要发生在钢柱和顶板-墙结点区域.研究结果为装配式矩形隧道结构设计及防灾减灾提供理论支撑.     

拼装式矩形隧道环向接头抗弯性能试验

矩形隧道因空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉等特点,成为最为较合适的断面形式,而环向接头性能对矩形隧道的抗弯承载力有重要影响。本文对一种矩形隧道的环向卯榫接头开展了大尺寸模型抗弯试验,探讨了拼装式隧道环向接头的结构变形和损伤模式。研究结果表明,卯榫接头在承受极限破坏前,接头的混凝土和钢筋应变均低于极限应变;螺杆接头的变形量比较小,主要原因是螺杆的锚固和止裂机制,使接头闭合和开裂阶段的最大张开宽度和压缩量都处于规范范围内;螺杆接头受力后表现出压缩弯曲破坏模式,其主要特征是前期承压,中期塑性变形与小扩张,后期压缩扩张,并导致接头破坏;卯榫接头受力变形稳定、承载能力高、控制裂隙能力强、塑性好而不发生脆性破坏,所以螺杆接头适合作为装配式框架隧道的接头方案。     

燕尾榫样式对CFRP加固榫卯接长木梁抗弯性能影响试验

通过11根木梁的静力受弯试验,研究燕尾榫样式对榫卯接长木梁加固后的抗弯性能的影响.试验结果表明,未加固前榫卯接长木梁承载力较低,仅为完整木梁的1.00%~2.62%,经CFRP布加固后其抗弯承载力可提高至完整木梁的50%~83.33%;旋转90°后,传统燕尾榫进行榫卯接长和采用榫头带榫肩接长,其抗弯承载力和能量吸收能力提高.燕尾榫榫头斜率从0.1变化至0.3,木梁的抗弯承载力和能量吸收能力随之提高,其抗弯承载力分别可达完整木梁的71.43%~83.33%,能量吸收能力分别达完整木梁的43.01%~61.33%.当燕尾榫榫头长度超过传统燕尾榫榫头长度时,其抗弯承载力、能量吸收能力和刚度反而降低.     

粗糙面接触的显微光弹性分析及其若干问题

采用量微弹性力方法，按非线性问题的模型理论，确定了涡轮盘上叶片在任一几何形状时的棒头与榫槽六个接触面，非接触自由空边及指定分析截面上的应力光图，给了了它们的应力分布曲线，为非理想表面的接触应力分析这一难题的研究和工程设计提供了经验和启示。     

木材在设计教学实验课中的重要性

阐述了我国古代家具的发展历史、古代家具所用的木材、榫卯结构等。指出,在家具设计中确定用什么木材制作是非常重要的一个环节。认为,木材在家具设计教学实践中具有重要的作用,熟悉掌握各种材料的特性,是学生走向家具设计师的第一步,也是必须进行实践的课程。     

自保温榫式砌块砌体组合结构抗震性能研究

为了研究自保温榫式砌块砌体组合结构的抗震性能,通过对自保温榫式砌块砌体组合结构低周反复荷载作用下试验,获得了自保温榫式砌块砌体组合结构的水平承载能力、耗能性能、延性、刚度退化等特征.根据试验结果和相关参数分析,自保温榫式砌块组合砌体具有良好的抗震性能,试验分析结果可供自保温榫式砌块砌体组合结构的墙体设计提供参考依据.