古建嵌固墙体对木构架抗震性能的影响分析——以太和殿为例

现有的古建筑木结构抗震分析模型很少考虑嵌固墙体。为探讨嵌固墙体对木构架抗震性能的影响,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例进行了对比分析。基于榫卯节点及斗拱的力学特性,建立太和殿的2种有限元模型—包括/不包括嵌固墙体。通过模态分析,研究了嵌固墙体对木构架基频及主振型影响;通过时程响应分析,研究了8度常遇地震作用下嵌固墙体对典型节点位移及加速度响应影响;通过谱分析,研究了8度罕遇地震作用下嵌固墙体对木构架整体变形及内力分布的影响。结果表明：考虑嵌固墙体后,太和殿结构基频变大,在墙体部位的振动不明显;8度常遇地震作用下,所选节点位移响应峰值明显减小,且在跨中位置加速度响应峰值明显增大;8度罕遇地震作用下,太和殿结构变形峰值偏小,有利于避免木构架产生整体倾覆,但结构内力普遍增大。     

马口铁加固古建筑抗震试验

采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后木构架的抗震性能.基于故宫太和殿三次间的相关尺寸,制作了1∶8的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型,采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了加固前后的构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力.结果表明,马口铁加固榫卯节点后,马口铁对榫卯节点的约束作用在一定程度上减小了节点拔榫量,提高了构架的侧移刚度及承载力;加固后的构架刚度退化不明显,变形能力较强,但是耗能能力减弱.     

木构古建梁柱节点拔榫过程数值仿真

榫卯节点是中国古建筑木结构梁柱连接的主要形式。为有效保护中国古建筑,文章采用数值模拟方法,以两种典型的榫卯节点——直榫和燕尾榫为研究对象,研究了榫头从卯口拔出过程中节点的内力和变形特性。基于两种榫卯节点的构造特征,建立了有限元分析模型,对比分析了拔榫过程中两种节点的位移、摩擦应力和等效应力等特征。结果表明:直榫在拔拉过程中变形和应力较小,不易破坏,但容易产生拔榫现象;而燕尾榫虽然不易拔榫,一旦在荷载作用下进行拔拉,则会在拔拉过程中因挤压变形和强度不足而产生破坏。     

CFRP布加固古建筑木构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了CFRP布加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间的实际尺寸,制作了1：8比例的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,其中加固前构架试验做了3组,加固后构架试验做了2组。通过试验,获得了构架的力一侧移滞回曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力。结果表明：CFRP布加固榫卯节点后,虽然构架耗能能力略有下降,但节点拔榫尺寸减小,构架的侧移刚度和承载力提高,刚度退化不明显,且构架具有较好的变形能力,因此具有较好的加固效果。     

木结构古建筑抗震性能参数分析

不同构造形式及其参数取值对木结构古建筑的动力特性及抗震性能有直接影响,因此研究参数变化对结构动力性能的影响规律,对于木结构古建筑的修缮与加固保护具有重要的指导意义。基于宋代《营造法式》制作了某单层单开间殿堂式木结构模型,建立了考虑柱础滑移隔震、榫卯半刚性连接及斗栱减震性能的空间杆系有限元模型,并与单向水平地震激励下的振动台试验进行了对比;通过参数分析探索了木结构斗栱、榫卯及屋盖等不同构造方式及相应结构参数取值的改变对其抗震性能的影响。结果表明:随着斗栱刚度的增大,整体结构的自振频率收敛于上限2.08 Hz,且其耗能减震作用逐渐变弱;随着榫卯节点的刚度逐渐变大,整体结构的自振频率收敛于上限3.26 Hz,柱脚的滑移量会随之增大而柱架侧移却随之减小,而榫卯节点刚度的减小在减少柱脚滑移量的同时会使得柱架的侧移变形大大增加,榫卯节点的刚度变化对结构自振频率的影响程度大于斗栱刚度;屋盖质量的增加会降低结构的自振频率,增大斗栱的水平变形,提高整体结构的抗震能力。     

古建木结构榫卯连接的扁钢加固试验

通过比例为1:3.52的古建木结构模型振动台试验,研究了用Q235扁钢加固榫卯连接节点的加固性能及效果.对模型加固前后的加速度、位移时程响应、自振频率和阻尼比进行了对比分析.结果表明加固后结构刚度略有提高,但符合刚度等效的加固原则,榫卯结构耗能转变为主要依靠扁钢屈服后塑性变形耗能,有效阻止了结构榫卯节点的破坏.从而验证了榫卯连接的扁钢加固方案是可行的,可为古建筑木结构抗震加固提供一种方法.     

扁钢加固古建筑木结构残损节点的性能分析与设计方法

基于扁钢加固残损榫卯节点的加固方式及破坏形态,对扁钢加固残损节点的受力性能进行分析.根据课题组进行的残损节点加固试验,提出扁钢加固古建筑木结构残损节点的抗弯承载力计算公式,给出合理的加固设计建议,为古建筑木结构的修缮加固提供理论依据.     

古建筑高台基对地反应的影响

高台基是许多古建筑重要的组成部分,为了探讨高台基对结构地震反应的影响,本文以西安钟楼为研究对象,建立了台基与上部木结构共同作用的三维有限元模型,采用振型分解反应谱法进行了地震反应分析,得到了对结构进行地震反应分析时应取的振型数目,与不考虑高台基时的动力特性和地震反应做了对比,并对不同侧移刚度高台基的影响进行了分析.结果表明,古建筑高台基使其上部结构的地震反应放大,地震反应分析必须考虑高台基的影响.     

古建筑木结构燕尾榫节点刚度分析

通过对典型燕尾榫榫卯连接的模型低周反复荷载试验,研究了榫卯半刚性连接特性和刚度退化规律.试验得出榫卯连接的弯矩一转角滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了弯矩一转角的关系方程和榫卯接节点恢复力模型,由实验结果给出了木结构榫卯连接刚度的非线性变化.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

中国古建木构架在水平反复荷载作用下的试验研究

通过对三个严格按照中国宋·《营造法式》中有关大木作的形制与构造要求制作的木构架模型在水平反复荷载作用下的试验研究 ,分析与探讨了中国古代木造结构在相应状态下的变形及受力特征及其榫卯节点工作机制 ,通过对榫卯节点的转动弯矩与相应转角试验数据的分析与研究 ,确定了榫卯节点的转动刚度 ,提出了该类型结构在水平地震荷载作用下的计算模型 ,并就额枋正截面上的最大应变与内力 ,作了理论计算与试验数据的对比 ,两者吻合较好 ,从而证明了所选模型的合理性 ,为中国古建木构架在水平地震作用下的抗震分析提供了一种可资借鉴的方法     

古建筑木结构的承载及抗震机理

从古建筑木结构的材料劣化损伤、材性衰退、柱脚节点、榫卯节点缝隙与性能、斗拱性能与构架性能等几个方面探讨古建筑木结构的承载机理.从宏观和微观尺度分析古建木构材料性能,建立构件层次的古木材性时变模型;提出木柱摇摆-抬升的力学模型及精细化分析方法;建立榫卯节点缝隙概率分布模型,构建榫卯节点模型及分析方法;分析单朵斗拱力学性能...     

木结构榫卯节点抗震性能及加固对比试验研究

为研究不同加固措施对木结构榫卯节点抗震性能的影响,参照西南地区传统木结构典型榫卯节点做法,制作透榫、半榫和燕尾榫3类共5组榫卯节点试件开展节点拟静力试验,其中4组分别采用扒钉、钢板和木条(两组)加固.对比研究加固与非加固节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、节点拔榫量和耗能能力等抗震性能参数.结果 表明:未加固榫卯节...     

基于实际震害和数值分析的加固建筑结构抗震性能研究

在地震多发国家和地区,很多老建筑或抗震能力达不到现行规范要求的建筑均面临抗震性能评估和加固问题.加固方法种类繁多,各种加固方案的结构抗震性能具有较大的不确定性.介绍了汶川地震中汉旺镇一栋仅遭受轻微结构损伤的老式无筋砌体结构的加固方法,分析了其表现良好的原因;并就1985年墨西哥城大地震中一栋加固建筑表现出的良好抗震性能进行了分析.以都江堰某需抗震加固的实际工程为例,用ANSYS分别对加固前原结构、加大截面法实施加固后的结构以及增设钢支撑加固后的结构进行了3维非线性动力时程分析.综合分析数值计算结果和经受地震考验的成功加固案例后认为,对原结构深入的抗震性能评估是选择加固方案的前提;结构抗震加固应强调对结构整体抗震性能的优化,而不是结构构件简单的修复;加固方案应尽量避免增加结构的自重,优先选择相对轻质高强材料;侧向刚度的增大可能导致地震反应显著增加,故增大侧向刚度并不一定能有效降低结构的水平侧移,建议加固后结构强度提高的程度应高于刚度增加的程度;应允分认识到加固可能带来新的薄弱环节和新的不利受力状态.     

含内嵌卯口耗能器的榫卯节点抗震性能试验研究

针对木结构榫卯节点抗震加固和性能提升的需求,提出采用内嵌卯口耗能器增强榫卯节点性能的技术,并制作了包括未增强、单层增强及双层增强的5组缩尺榫卯节点模型.通过开展抗震性能试验研究,对不同厚度、层数的卯口耗能器增强榫卯节点与未增强榫卯节点的抗震性能进行对比,分析了不同参数的卯口耗能器对榫卯节点抗震性能指标的影响.结果 表明...     

江南地区抬梁木构建筑馒头榫节点受力性能研究

为研究江南地区抬梁式木构建筑馒头榫节点的受力性能,通过节点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。综合考虑馒头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理论分析。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,ANSYS有限元分析结果和试验结果较为吻合,通过分析,获取了馒头榫节点的平面内（竖向）转角刚度K1、平面外（水平）转角刚度K2和扭转刚度K3的相互关系,可近似归纳为12:1:2。研究结果可为江南地区抬梁式木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础。     

半刚性节点单层球面网壳抗震性能

为了研究由多根螺栓现场拼装而成的半刚性节点单层球面网壳的抗震性能及其抗震设计方法,利用节点的弯矩-转角曲线对凯威特型螺栓球节点单层球面网壳的抗震性能进行了较为系统的分析,包括其自振特性及杆件地震内力系数随矢跨比、跨度、屋面质量、杆件截面、地震波、节点弯曲刚度等参数的变化规律,通过大规模参数分析,给出半刚性节点单层球面网壳的地震内力系数取值,提出基于地震内力调整系数的半刚性节点单层球面网壳的实用抗震设计方法.     

行波激励下多塔自锚式悬索桥地震响应规律

多塔自锚式悬索桥为新型桥梁结构,结构静动力性能十分复杂.以某三塔自锚式悬索桥工程为研究背景,建立三维数值分析模型,基于时程分析法研究不同视波速的行波效应对多塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律.研究结果表明：边中塔身内力、塔顶索鞍抗滑系数、边跨主梁内力等地震响应均受行波效应的影响较大,而主缆、吊索及桥墩内力则受行波效应的影响则较小;不同视波速下的行波效应影响程度各不相同.总的来说,行波效应对多塔自锚式悬索桥的影响规律十分复杂,还需要进行进一步深入探讨.     

唐代惠明寺塔的动力特性研究

唐代惠明寺塔为河南省重点文物,其结构的安全性能为文物专家所关注。结合惠明寺塔的砖石结构特点和历史根源,讨论了中国砖石古塔的抗震机理,探讨了砖石古塔的动力特性。为对塔的抗震安全性能进行合理的评价,依据现代地震工程理论和有限元分析方法,建立了塔的三维计算模型,通过对模型输入1940 El Centro地震波,得到了塔体关键部位的加速度、速度和位移,对塔的抗震能力进行了分析,分析结果为安阳惠明寺塔的抗震加固提供了理论依据。     

高压输电塔线体系的地震响应研究

高压输电塔的塔线耦合作用显著,抗震分析时需采用三维有限元方法.本文以2E2-SZ2型220kV输电塔为例建立ANSYS三维有限元模型.通过模态分析,得到单塔和塔线体系的振动特征.在横向地震荷载作用下,对输电塔位移、基底反力及主材内力计算分析,讨论了地震作用对输电塔线体系的影响,提出一些有益结论.