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.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱粱、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

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。     

基于BIM技术的斗栱三维参数化设计研究

为更好地传承和发扬中国古建筑文化,使现代建筑技术能够服务于古建筑文化保护,以清式斗栱为例,在古建筑模数制的基础上,利用BIM技术,以斗口为基本变量,建立斗栱的各组成构件的标准库,通过斗栱各构件的参数化控制以及斗栱模型的参数联动,实现了斗栱的参数化设计,极大提高设计工作效率,为古建筑的保护与传承提供了一种新的思路和方法.     

加槽钢做连接构件的空间半刚性梁柱节点滞回性能分析

加槽钢做连接构件的空间半刚性弱轴端板连接是一种新型的端板连接形式.为研究其抗震性能,对加槽钢做连接构件的空间半刚性梁柱节点在循环荷载作用下的受力性能进行了有限元分析,分析了其强轴节点加载屈服时,弱轴节点在循环加载作用下的受力特点、节点刚度和耗能能力.分析结果表明,加槽钢做连接构件的弱轴节点具有良好的耗能能力,强轴的加载对弱轴节点极限承载力几乎没有影响,但对弱轴节点的滞回性能具有一定的影响.并根据有限元分析结果,修正了加槽钢做连接构件的弱轴节点的曲线形滞回模型的表达式,可为实际工程提供参考.     

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.     

含型钢边缘构件混合连肢墙弱节点受力性能有限元分析

为研究含型钢边缘构件混合连肢墙弱节点的受力性能,采用有限元分析软件ABAQUS建立模型,分别按照考虑和不考虑型钢边缘构件与混凝土之间的摩擦滑移进行了模拟计算,将分析结果和试验结果进行了比较。对比结果表明,对弱节点在考虑摩擦滑移时能较好的模拟其受力性能。     

梁端水平加腋与塑性铰关系的非线性有限元分析

采用非线性有限元分析方法,在低周反复荷载作用下,对四榀不同加腋宽度的梁端水平加腋偏心节点构件的受力性能进行分析,探讨不同加腋宽度下节点核芯区受力性能及梁端塑性铰转移条件,并将有限元分析结果与试件实际受力状态进行比较,在理论分析和试验研究的基础上,给出了梁端塑性铰位置识别方法。     

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。     

应县木塔隔震性能分析

应县木塔作为中国重要的历史文化瑰宝,一旦发生地震灾害,结构倒塌,将会给这一优秀传统文化的传承和发展造成重大损失。为了降低应县木塔的地震响应,采用基础隔震措施,基于ADINA有限元分析程序,对应县木塔的简化计算模型进行了基础隔震动响应分析。结果表明,基础隔震措施能够延长结构的自振周期,避开场地的卓越周期;隔震效应与场地和隔震层阻尼比有关,需要综合考虑选取最佳场地和隔震层阻尼比。     

某方钢管混凝土柱钢梁节点非线性有限元分析

选择合理的单元类型、材料本构关系,利用非线性有限元分析程序ABAQUS对内隔板外伸式钢管混凝土柱-钢梁节点进行了三维有限元分析,在试验研究的基础上进一步探讨了节点的受力性能和传力机理.分析结果表明,该类节点传力路径清晰,有较好的强度和刚度,满足"强节点,弱构件"的抗震设计原则;建立的三维有限元模型能够比较准确地模拟节点的实际工作状态.     

轴压单孔冷弯薄壁槽形中长钢柱的极限承载力

为研究腹板开孔的冷弯薄壁构件极限承载力，选取两端简支、轴心受压、腹板开单孔的冷弯槽形中长钢柱进行非线性有限元分析研究，通过对试件的变形及竖向位移-荷载曲线的分析，表明开孔构件的竖向刚度和极限承载力较无孔构件降低．有限元模拟与试验吻合较好．结果表明，选择合理的有限元数值模型，可以较好地模拟开孔钢柱的受力性能．根据数值分析结果，对开孔钢构件的畸变屈曲特征进行了分析，同时也分析了孔洞高度、宽度对构件极限承栽力的影响．     

型钢混凝土桁架节点的非线性数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS对某工程的大跨度型钢混凝土桁架转换层节点进行了实体非线性数值模拟,得到了按整体模型逐层顺序分析所得节点处各构件内力作用下型钢混凝土节点的应力分布和变形性能。施工阶段对节点的监控结果表明,现场实测结果与非线性条件下数值模拟分析结果吻合较好,可为此类构件的节点设计及其性能分析提供理论参考。     

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%。     

鱼鳔胶粘剂在木构件修复中的应用

选择鱼鳔胶粘剂对应县木塔残损构件进行了胶接实验，在考察固胶物化性能的同时，探索了胶接工艺对胶性能的影响，并结合实际对基材试件，胶接试件等有关力学性能作了研究。     

一类斗拱木结构恢复力特性的模型试验研究

通过模型试验，对应县木塔层间恢复力特性进行了研究．根据原型沿竖向以明层和暗层交替迭合的结构特点，本次设计的层间模型包括一明层和一暗层，下明上暗，并按原型第二层以１０∶１缩尺制成．经过低周反复荷载试验，得到了３种竖向荷载下的水平恢复力滞回曲线及其特征．可用以对原型结构各层的恢复力及抗力等性能进行研究，并作为整体结构地震反应及薄弱层抗震可靠度分析的基础工作     

竖向加劲式钢板剪力墙的抗剪性能

用ANSYS有限元程序对两边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行数值模拟分析.将两边连接竖向加劲式钢板剪力墙的初始刚度的有限元计算值与两边连接非加劲钢板剪力墙的理论值进行了比较.探讨了加劲肋和名义轴压比对于钢板墙的影响.分析了带边框构件的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙在水平荷载作用下的构件破坏顺序和受力机制.对一个典型尺寸规格的单层带边框两边连接竖向加劲式钢板剪力墙与一个对应边框尺寸规格的单层带边框四边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行推覆分析,对比了两者的部分抗震性能.     

竖向加劲式钢板剪力墙的抗剪性能

用ANSYS有限元程序对两边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行数值模拟分析.将两边连接竖向加劲式钢板剪力墙的初始刚度的有限元计算值与两边连接非加劲钢板剪力墙的理论值进行了比较.探讨了加劲肋和名义轴压比对于钢板墙的影响.分析了带边框构件的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙在水平荷载作用下的构件破坏顺序和受力机制.对一个典型尺寸规格的单层带边框两边连接竖向加劲式钢板剪力墙与一个对应边框尺寸规格的单层带边框四边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行推覆分析,对比了两者的部分抗震性能.     

结构节点加固受力性能研究

通过节点模型和数值模拟实验,研究了碳纤维加固梁柱边节点的受力性能.经过对加固前后的节点构件进行加载实验,得到了加固前后梁表面应变和节点区的最大剪应力数据,对比分析表明,碳纤维对混凝土具有约束作用,可以减小梁端的变形.同时建立了三组钢筋混凝土有限元模型,计算结果显示,梁柱节点的尺寸、配筋率、轴压比都是影响节点受力的因素,粘贴于混凝土表面的碳纤维可有效地参与混凝土共同受力,并且承担了大部分的荷载,降低了混凝土的应力水平,节点区粘贴碳纤维片材可提高结构的承载能力.     

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。