古建筑木结构拼合梁结构机制

在中国传统木构建筑中,梁架构件有梁-角背或梁-随梁枋的拼合做法,而檩条构件有檩条-随檩枋的拼合做法.基于传统木构拼合连接作法,对梁-角背或梁-随梁枋的拼合三架梁模型及拼合五架梁模型、檩条-随檩枋的拼合檩条模型进行了力学分析,推导出了常见拼合梁的极限弯矩以及销栓剪力的计算公式,并对拼合梁的极限弯矩及销栓剪力与上下梁的高度比、宽度比、销栓位置关系进行了分析,得出了一些有价值的结论.当销栓先破坏时,销栓破坏时的极限弯矩受销栓位置影响最大,高度比影响次之,宽度比影响最小;木梁破坏时的极限弯矩与销栓位置无关,受高度比和宽度比影响相差不大.当木梁先破坏时,极限弯矩受高度比影响较大,受宽度比和销栓位置影响相对较小.     

江南传统木构建筑模型修正方法研究——以津逮楼为例

为研究江南传统木构建筑围护结构对整体结构受力性能的影响,并为该类型建筑的抗震和抗风计算提供依据,以典型江南传统木构建筑——甘熙故居津逮楼为例,采用有限元分析和结构动力特性测试的方法对该类型传统木构建筑的结构模型修正方法进行研究.首先,采用SAP2000有限元软件分别建立了不考虑围护结构效应的一种模型和考虑围护结构效应的3种修正模型,并进行结构动力特性分析;然后,采用结构动力测试分析系统对建筑进行现场测试,并将测试结果与3种修正模型计算结果进行比较分析.结果表明:相比于不考虑围护结构效应,考虑围护结构效应后3种修正模型的前三阶自振频率明显提高,等效斜撑模型的提高幅度为220%～307%,等效斜撑+幕墙墙元模型的提高幅度为228%～345%,而整体简化模型的提高幅度为230%～295%,但第一阶振型和第二阶振型发生了明显改变.等效斜撑模型的计算结果最接近真实测试结果,误差在15%范围以内,是最优的修正模型.等效斜撑+幕墙墙元模型的计算结果与实测结果的误差基本在20%以内,是其次可接受的修正模型.而整体墙元模型的计算结果与实测结果严重不符.对该类型传统木构建筑进行振动响应分析、风振作用下的受力性能分析、多遇地震作用下的弹性受力性能分析时,建议采用等效斜撑模型进行计算.当对该类型木构建筑进行设防地震、罕遇地震作用下出现弹塑性变形时的结构分析,需考虑围护结构失效时,建议采用不考虑围护结构效应模型进行计算.     

秦氏旧宅厅堂木构架体系结构性能分析

秦氏旧宅厅堂是豫中地区传统木构架建筑的典型代表.为了从结构安全性角度指导该建筑的保护与修缮,以厅堂木构架体系为原型建立整体有限元模型,通过静力分析得到木构架在自重及雪荷载作用工况下的变形规律及受力特点.分析结果表明：檩条与梁架搭接处、檩条之间的榫卯连接处、七架梁的跨中以及各层梁架的梁端是木构架结构的薄弱部位,易发生拔榫、弯垂、劈裂等现象,失效时直接影响结构的安全可靠性.研究结果将为厅堂的修缮设计提供科学依据,同时为同类木构架建筑的修护提供技术参考.     

上大下小拼合木梁抗弯性能试验研究

为了研究上大下小拼合木梁受弯时的破坏形式、抗弯承载力、截面应变分布等抗弯性能,基于传统构造做法对不同材质、不同尺寸的上大下小拼合梁抗弯性能进行试验研究。基于理论公式推导,结合试验数据修正,提出杉木和松木材质的上大下小拼合木梁抗弯承载力的计算公式。研究结果表明:杉木和松木材质的上大下小拼合木梁的受弯破坏模式均为上梁底部木纤维脆性拉断。2种材质的上下拼合梁的截面应变沿梁截面高度方向的分布均符合平截面假定。为防止拼合木梁出现不可预见的早期脆性破坏,在工程设计和施工时应避免将节疤缺陷放置在木梁的受拉边。     

木构架的弹塑性有限元分析

采用通用有限元分析软件ANSYS10.0对一种木构架及其7种加固方案进行了静力弹塑性分析,将木梁的有限元计算结果与其材料力学的计算结果进行对比,验证了建模的正确性.分析了木梁的应力、应变的变化规律.对木构架通过加固方式之后的屈服荷载、极限荷载进行分析比较,结果表明,对木构架施加隅撑可以显著提高其抗侧承载力.文中同时提出了对木构架进行加固的方案.     

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.     

近代木结构柱-梁节点转动刚度及木材弹性模量的检测方法

以新泰仓库木柱-木梁结构为原型进行木构架缩尺试验, 研究木柱-木梁结构的受力性能和变形特征. 试验结果表明, 木柱-木梁节点具有明显的半刚性连接特征, 节点刚度随荷载的变化而变化. 通过量测木梁跨中竖向位移、木柱中部侧向位移, 并结合计算分析, 相对准确地确定了木材弹性模量的上、下限值和平均值. 本方法通过对木结构做现场检测试验即可求得柱-梁节点的转动刚度和木材弹性模量, 对历史保护建筑的检测鉴定与加固设计具有一定的参考意义.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

碳纤维布加固指接木梁的强度性能

通过有限元分析木梁和指接梁的典型破坏特征,对不同构件的CFRP进行加固分析,得出提高指接木梁弯曲承载能力的加固模式.考虑材料线性和非线性本构关系,以及损伤因素对碳纤维布加固指接木梁的力学影响,利用ABAQUS 软件对指接点进行有限元分析,建立简化模型,设计出精确描述模型损伤行为和性能的数值方法.结果表明,运用CFRP加强材来增强木梁力学性能的方法有效,木梁的变形性能得到明显改善.     

碳纤维布加固指接木梁的强度性能

通过有限元分析木梁和指接梁的典型破坏特征，对不同构件的CFRP进行加固分析，得出提高指接木梁弯曲承载能力的加固模式.考虑材料线性和非线性本构关系，以及损伤因素对碳纤维布加固指接木梁的力学影响，利用ABAQUS 软件对指接点进行有限元分析，建立简化模型，设计出精确描述模型损伤行为和性能的数值方法.结果表明，运用CFRP加强材来增强木梁力学性能的方法有效，木梁的变形性能得到明显改善.     

典型藏式建筑木构架变形特征与变形关系

总结了藏式建筑木构架典型的3种变形特征,依据前期勘察成果所确定的构件变形的关键点位置,提取数值模拟分析中关键点处的应变数值,研究典型藏式建筑木构架在梁的过度下挠、构件的扭转、雀替的歪闪3种情况下的变形关系,提出初步的变形破坏定位与判断方法,为结构状态分析提供科学依据.     

方形矿用隔爆箱箱体螺栓组分布结构优化

为解决方形矿用隔爆箱箱体螺栓组均布情况下,受到内部压力时各螺栓受力不均的问题,提出了一种方形压力容器螺栓组布局的优化方法。该方法利用ANSYS有限元进行建模并受力分析,然后对ANSYS有限元的分析结果加权处理,利用Matlab工具对螺栓组的分布情况进行布局优化;然后再次进行有限元分析,发现螺栓组的受力状况逐渐均衡,利用该优化方法反复优化,发现螺栓组各螺栓受力趋于均衡,表明该优化法的有效性。     

内嵌钢板销式连接胶合木梁短期受力性能

内嵌多块钢板销式连接是重型木结构最有效的连接方式之一,已越来越广泛地应用于木结构节点连接中.采用四点弯曲加载试验方法,对两根内嵌三块钢板销式连接胶合木梁短期受力性能进行了试验研究,其中一根梁的连接节点位于纯弯段,另一根梁的连接节点位于弯剪段.研究采用此类连接胶合木梁的力学性能、破坏模式以及连接位置对胶合木梁力学性能的影响等,并基于试验结果推导采用此类连接胶合木梁的极限承载力和挠度计算公式.试验结果表明:构件的极限承载力和跨中挠度与连接节点的位置有关,连接节点位于弯剪段胶合木梁的承载力大于连接节点位于纯弯段胶合木梁的承载力;理论计算结果与试验数据符合较好,可为木结构的设计和应用提供参考.     

基于Ansys Workbench的螺栓连接模拟方法对比分析

基于Ansys Workbench软件,对5种螺栓连接模拟方法,以及不同接触方式、受力位置的情况进行仿真计算,分析各种模拟方法的特点,为螺栓连接的有限元建模及仿真分析提供有效参考.     

钢筋增强木梁弯曲性能的有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件建立钢筋增强木梁的有限元模型,根据已有的试验结果对有限元分析进行验证,并将未增强木梁性能和钢筋增强木梁进行对比,同时研究各种构件的截面应力分布、承载力以及变形情况等.本文所建立的ANSYS有限元模型较为简便实用,并且具有较好的精度.     

矩形截面预应力木梁受力性能的试验研究

提出了一种新型建筑结构构件─—预应力木梁，并对其进行了试验研究．通过试验数据，初步分析了矩形截面预应力木梁抗弯能力和挠度的变化特点，并指出预应力木梁受力性能较普通木梁更优越．     

高性能预应力混凝土梁的非线性有限元分析

采用考虑材料非线性的有限元方法,选取合理的混凝土、预应力筋和普通钢筋的本构关系曲线及其单元类型,对高性能预应力混凝土梁的受力全过程进行了分析计算.研究了张开裂缝剪力传递系数和单元尺寸对预应力混凝土梁受力性能分析的影响效果,通过3根实验梁受力全过程的仿真计算结果与实验结果的对比,表明所采用的ANSYS数值模型技术是合理可行的.     

城轨车辆车钩螺栓连接仿真及强度分析

采用整体建模的方法,建立城轨车辆车钩螺栓连接有限元非线性接触模型进行强度分析,仿真分析结果表明,螺栓螺纹部分最大应力与理论计算结果吻合,有限元仿真模型能真实模拟螺栓连接;提取极限载荷下螺栓的轴向拉力,运用VDI 2230—2003标准对螺栓的拉伸强度进行分析,并和传统机械设计方法的螺栓强度分析结果进行比较,两种方法的螺栓拉伸强度均满足要求,为车钩螺栓连接设计提供了理论依据.     

一种层叠胶合木梁单元

构建一个简单的2节点层叠梁单元模型可应用于有限单元法分析胶合木梁的结构性能.运用Timoshenko复合梁函数构造胶合木梁单元的形函数,利用该形函数推导单元应变矩阵和刚度矩阵.根据胶合木梁材料的构成特点,运用该梁单元能够高效、精确地模拟胶合木梁的受力和变形,并且有效地避免单元剪力自锁现象,同时单元模型中考虑了材料非线性和几何非线性特性.通过算例将计算结果和其他文献的试验结果进行对比,验证所建立的非线性层叠单元的正确、有效性.     

附着式升降脚手架新型钢结构附着节点应用研究

目的研究附着升降脚手架与钢结构建筑连接节点,为合理评价该类节点受力性能和变形规律提供依据.方法对2个新型附着节点进行3种工况下的有限元模拟,分析节点附着在不同位置、不同钢梁尺寸和不同数量下钢结构建筑和节点本身的受力变形特征,绘制应力位移曲线;在有限元基础上进行架体在升降、使用和防坠过程的现场试验,绘制试验过程应力曲线,并将有限元和试验过程的应力曲线进行对比.结果当节点附着在钢梁端部且梁高较大时,节点和建筑结构的应力变形最小;通过有限元与试验的对比,在升降和坠落的瞬间,节点和钢梁应力激增或骤减,而钢柱应力变化较平缓.结论此类节点本身的受力性能良好,但附着位置和钢梁截面属性对节点受力变形性能有显著影响,钢梁的抗扭性能对节点的破坏有决定性影响.