古建木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點加固后力學性能研究.pdf

1、中國許多現(xiàn)存的古建木結(jié)構(gòu)使用年限已久，結(jié)構(gòu)殘損嚴重，尋求合理的加固方式有著重要的意義。榫卯節(jié)點是古建筑木結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，而現(xiàn)階段對榫卯節(jié)點加固后的力學性能仍處于探索階段，尚缺少實用的研究成果。本文在總結(jié)現(xiàn)有的研究成果的基礎(chǔ)上，對榫卯節(jié)點加固后的力學性能進行了較為深入的研究。
　　論文進行了3個未加固、3個FRP加固和3個鋼箍加固的直榫節(jié)點的單調(diào)荷載試驗。試驗結(jié)果表明:節(jié)點均發(fā)生拔榫破壞，即榫頭從卯口內(nèi)拔出，節(jié)點脫榫時，枋端、柱端

2、完好無損且應力較小，直榫節(jié)點自身可以承擔一定的彎矩，但擠壓變形較大，總體呈現(xiàn)半剛性模式，拔榫量與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。
　　試驗得到的節(jié)點彎矩與轉(zhuǎn)角(M-θ)曲線呈現(xiàn)“上升—平緩—下降”三個階段，隨著荷載增加剛度逐步下降。鋼箍加固后節(jié)點承載力的提升幅度大于剛度的提升幅度，而FRP加固后節(jié)點剛度的提升幅度則大于承載力的提升幅度。每組直榫節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線在誤差允許范圍內(nèi)變化趨勢一致，其中FRP加固節(jié)點的M-θ曲線略有不同，上升段出現(xiàn)

3、承載能力突降的現(xiàn)象，其原因是榫卯連接處的FRP存在內(nèi)折角，使得粘結(jié)膠發(fā)生剝離。
　　基于有限元分析軟件ABAQUS建立了榫卯節(jié)點的數(shù)值分析模型，系統(tǒng)分析了榫頭的變形及應力應變分布狀態(tài)，采用實體單元模擬木材和鋼箍，采用“動靜摩擦單元”和“硬接觸”模型來模擬榫頭和卯口之間的法向以及切向作用，采用“內(nèi)聚力單元”來模擬FRP與木材的接觸問題。通過與試驗數(shù)據(jù)對比，驗證了有限元模型的準確性。結(jié)果表明:未加固節(jié)點的榫頭壓應力沿榫頭高度近似成三角

4、形分布;鋼箍加固節(jié)點的水平鋼箍沿寬度的應力分布大致成梯形;FRP加固節(jié)點中，水平FRP箍應變沿豎向高度及水平方向均近似為三角形分布。
　　在此基礎(chǔ)上通過以水平扁鋼寬度為參數(shù)進行分析，得知鋼箍越寬，節(jié)點初始剛度越大，鋼箍寬度較小時對節(jié)點剛度的提升作用很少，節(jié)點承載能力隨鋼箍寬度的增加而增加，綜合考慮，建議扁鋼寬度取值榫頭高度的1/3左右。
　　在對加固前后榫卯節(jié)點進行受力機理分析的基礎(chǔ)上，通過簡化假定，建立了節(jié)點的計算模型，推