古建抬梁式木結(jié)構(gòu)抗震性能及數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、我國(guó)現(xiàn)存的古建木結(jié)構(gòu)承載著中華五千年的文化歷史,價(jià)值不可估量。2008年的汶川特大地震和2013年四川蘆山7.0級(jí)地震中,都存在著古建木結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象。這說(shuō)明在保護(hù)古建木結(jié)構(gòu)地震安全方面尚有大量問(wèn)題有待研究,迫切需要對(duì)古建木結(jié)構(gòu)的抗震性能和地震反應(yīng)分析方法進(jìn)行深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、挪殚喆罅肯嚓P(guān)文獻(xiàn),較為系統(tǒng)地了解和掌握了古代抬梁式木結(jié)構(gòu)建筑的形式、風(fēng)格特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)布置、受力機(jī)理、構(gòu)造特點(diǎn)。以此為基礎(chǔ),以故宮博物院雨

2、花閣古建木結(jié)構(gòu)為原型,設(shè)計(jì)制作了縮尺比為1:6的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?duì)模型所用木材完成了材料力學(xué)性能試驗(yàn),得到了其抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比;參考雨花閣建筑實(shí)地調(diào)查和測(cè)量結(jié)果,綜合考慮柱礎(chǔ)、卯榫節(jié)點(diǎn)、雀替等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響以及門(mén)、窗和圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響,對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化,完成了雨花閣建筑結(jié)構(gòu)1:6縮尺模型的加工制作。
　?、聘鶕?jù)雨花閣結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn),采用等效線(xiàn)性化基本假定,選擇適當(dāng)?shù)南嗨茰?zhǔn)則,完成了雨花閣結(jié)構(gòu)模型的地震

3、模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明純木架木結(jié)構(gòu)的卯榫節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的耗能能力,可以有效的減少結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng);同時(shí)由于木材良好的延性性能,實(shí)現(xiàn)了屋面結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件之間良好的協(xié)同工作;模型結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下可發(fā)生劇烈變形,導(dǎo)致門(mén)窗等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件嚴(yán)重破壞。綜合上述試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)數(shù)據(jù),獲得了模型結(jié)構(gòu)的各種抗震性能指標(biāo),包括各層的樓層動(dòng)力反應(yīng)和整體結(jié)構(gòu)自振頻率與阻尼特性等。本文通過(guò)相似律原理,將模型結(jié)構(gòu)的反應(yīng)轉(zhuǎn)換為原型結(jié)構(gòu)反應(yīng)。
　　⑶采用有限元軟件A

4、NSYS,完成了試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)值建模。根據(jù)古建木結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和構(gòu)造措施的相關(guān)研究結(jié)果,對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化,其中包括:梁、柱構(gòu)件采用彈性單元,門(mén)、窗中只考慮門(mén)框構(gòu)件的影響,整體結(jié)構(gòu)的卯榫節(jié)點(diǎn)的剛度均相同,不考慮卯榫節(jié)點(diǎn)的拔出效應(yīng)等。建立了將卯榫節(jié)點(diǎn)考慮為非線(xiàn)性扭轉(zhuǎn)彈簧并考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響的數(shù)值分析模型。
　　⑷依據(jù)有限元模態(tài)分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)原位測(cè)量得到的自振特性確定了非線(xiàn)性半剛性節(jié)點(diǎn)的參數(shù)。將非線(xiàn)性時(shí)程分析結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比