独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明:独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。

窑洞建筑病害分析及加固技术研究

窑洞建筑是黄土高原地区典型的传统民居,具有4000多年的文明史,它的妥善保护与传承具有重要的历史、文化和科学价值。本文通过大量的实地调研并结合理论分析,对窑洞建筑病害种类及其出现的原因进行了详细分析,根据简单、合理、低成本和快速高效的原则,提出了窑洞建筑合理可行的修缮加固技术,为西北地区传统民居的保护和传承提供科学合理的技术保障。

古建筑木构架长周期地震响应分析

在目前古建筑研究领域中,对木构架的抗震分析绝大多数都是在普通地震动作用下,而对长周期地震动作用下的木构架动力研究相对较少。主要选择了两条典型的长周期地震波和两条普通的地震波,对古建筑木构架整体结构在两类地震波作用下的动力响应进行比较研究。研究表明,台湾集集地震波和Loma-Prieta地震波的长周期成分要比El-Centro地震波和兰州波的长周期成分丰富的多;两条长周期地震波的高频成分远远少于两条普通地震波;在小震时,古建筑木构架对长周期地震动的动力响应值与普通地震动相差不大,而在中震和大震时,对长周期地震动的动力响应值要远远高于普通地震动;大震(400 gal)时木构架的减震效果比中震(220 gal)、小震(110 gal)时的减震效果要好。

基于增大截面法的框架结构抽柱改造工程技术研究

为满足既有建筑物使用功能的要求,需要对改造区域进行抽柱托换加固。本文结合工程实例,分析了采用增大截面法托梁抽柱中所面临的关键技术问题,并提出了相应的解决方案;根据验算结果制定了钢架支撑、梁增大截面和碳纤维片材加固梁板等详细的加固设计方案,对施工流程和施工技术要点进行了分析,同时为了防止施工过程中钢架支撑不发生屈曲变形和倾覆,保证混凝土结构的安全性,对钢架支撑、框架梁混凝土和钢筋的应变进行了实时监测,监测结果远小于规范限值要求,验证了本次抽柱托换加固方案的合理性和有效性,为类似的托换工程提供了良好的指导作用。

聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构振动台试验及数值模拟

以陕西省蓝田县的单层砖砌体结构为原型,制作了1/2缩尺的试验模型,并对其进行了聚丙烯网水泥砂浆面层加固。完成了加固模型的地震模拟振动台试验,分析加固模型的地震破坏过程及破坏形态;基于试验研究,采用ABAQUS软件建立聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构的有限元模型,将加固模型的动力特性、动力响应和地震损伤分布的计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而对是否加固、面层水泥砂浆强度和聚丙烯网格间距进行了参数分析。结果表明,聚丙烯网水泥砂浆面层加固砖砌体结构的破坏主要发生在门窗洞口角部、纵横墙交接处及纵墙的檩条下方;有限元模型计算结果与试验结果吻合良好,能够较好地反映加固模型在地震作用下的受力性能;聚丙烯网水泥砂浆面层加固能抑制裂缝的产生和发展,减小动力响应,有效提升砖砌体结构的抗震性能;随着面层水泥砂浆强度的提高和聚丙烯网格间距的减小,加固模型的地震损伤程度不断减轻、动力响应逐渐减小。

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明:独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。

碳纤维布加固古建筑木结构模型振动台试验研究

主要对按照宋代《营造法式》构造要求制作的古建筑木结构实体加固模型进行模拟振动台试验。选用三条地震波分别对结构模型的柱根、柱头、铺作、乳栿的位移、加速度响应、地震剪力以及榫卯节点的内力进行定量研究,并对结构的破坏形态、动力特性、扭转效应进行定性分析。研究结果表明:柱础的摩擦滑移、半刚性榫卯节点的转动以及枓栱铺作层的滑移使得结构模型地震响应大幅度减小,满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的设计要求;结构模型最大剪力沿高度的分布出现在柱架层或柱础层,并非一定出现在结构的柱础最低层;得出榫卯节点不同工况下的转动弯矩最大值;由于高振型的参与以及质量和刚度不均匀分布,结构模型在400Gal后出现明显的扭转。

中国木结构古建筑的概念设计思想

依据现有的工程设计及抗震理念,对木结构古建筑中所蕴含的概念设计思想进行了分析.结果表明:结构的平面布局具有规则性、对称性及均匀性,可减小因体型不规则而产生的不利扭转效应;竖向结构布置对高宽比做了限制,使结构具有良好的抗倾覆性;柱与础石的平置浮搁式连接、铺作层的设置以及节点的榫卯连接方式共同构成了一个具有多重隔震、减震结构层次的木构架结构体系;柱架系统中柱列生起、侧脚的构造作法以及柱间斜撑的设置,提高了结构的整体性、稳定性和抗震能力;抬梁式屋架系统为"替力梁架",在相同荷载、相同跨度情况下可大大减小截面尺寸,是对结构受力及选材的综合考虑.

高台基古建筑木结构动力特性及地震反应分析

为了分析高台基古建筑木结构的抗震性能,以西安鼓楼为例,分别建立鼓楼的高台基、上部木结构、整体结构的三维有限元模型。通过模态分析,分别获取了它们的主要频率和振型;通过对上部木结构和整体结构模型输入El Centro波、Taft波、兰州波三种地震激励,分析了柱顶节点的地震响应;并对这些有限元分析结果进行了对比。结果表明:高台基对上部木结构的高阶频率影响较大,并使上部木结构的地震响应放大,因此,分析高台基古建筑木结构的抗震性能时必须考虑高台基的影响。

探讨木结构古建筑结构模型固有频率的几种计算方法

结构的固有频率是研究结构动力性能的最基本参数.采用激振锤人工敲击法和有限元软件模态分析法计算出木结构古建筑结构模型的固有频率,并将二者所得结果进行比较;同时,根据振动台试验,提出了一种计算木结构古建筑固有频率的新方法—振动台试验法,给出了计算简图并提出了此方法在实际试验中可能会遇到的几个问题.通过研究表明:人工敲击法测得振动台试验模型震前的固有频率为2.05Hz,比地震最大加速度为100gal震后的固有频率(2.1Hz)略小;ansys有限元软件模态分析的结构一阶固有频率为2.226Hz,稍微高于激振锤人工敲击法测得结果;由于木结构古建筑构件之间的连续性和互相约束性能较差以及谱曲线放大以后,肉眼读取的数据结果存在一定的误差,可能会导致振动台试验法无法准确的计算出结构固有频率.为木结构古建筑的研究和修缮加固提供参考依据.

西安鼓楼抗震性能分析

分析了西安鼓楼的防震构造,建立了鼓楼上部木结构的三维有限元模型,并对有限元模型输入Elcentro波(加速度峰值400gal)作为地震激励,进行了柱根和柱顶的位移及加速度曲线等分析.结果表明:防震构造有利于鼓楼的抗震,鼓楼柱础与木柱的连接形式具有一定的隔震效果,上部木结构具有减震耗能的能力,鼓楼具有良好的抗震性能.

基于OpenSees Navigator的子结构混合仿真试验系统及其验证

将有限元软件OpenSees Navigator应用于子结构混合仿真试验,介绍了基于OpenSees Navigator的子结构混合仿真试验方法的试验原理、试验系统组成和误差控制方法,并通过八层实腹式SRC异形柱框架子结构混合仿真试验结果和有限元软件OpenSees Navigator的数值模拟结果来验证该试验系统及方法的有效性和准确性。研究结果表明,试验预加载得到的命令位移和反馈位移时程曲线吻合程度较好,验证了该试验系统的有效性;模型结构的加速度反应、位移反应和层间剪力试验结果和模拟结果较为接近,表明该子结构混合仿真试验系统和试验方法能够较好地反映SRC异形柱框架结构在地震作用下的动力反应,将该试验系统应用于工程结构的抗震性能研究能够取得良好的效果。

革命文物窑洞建筑智能化远程监测系统设计与应用

本文针对革命文物窑洞建筑改造过程中的结构变形关键参数监测问题,设计了一套基于物联网技术的革命文物窑洞建筑智能化远程监测系统,并与传统的光学监测数据进行比较,监测结果具有良好的一致性,监测系统具有良好的数据可靠性和运行稳定性。基于该监测系统,对革命文物窑洞建筑在改造过程中(屋面增加荷载)及不同覆土含水率区域进行竖向收敛变形的监测,为文物主管部门及使用部门更有效掌握该革命文物窑洞建筑改造过程中的实时变形和安全运营状态、预知敏感区域的安全隐患提供有力的技术保障。

古建筑木结构直榫节点抗震性能试验研究

为了研究不同形式直榫榫卯节点的抗震性能,参照《营造法式》及相关文献的构造要求,考虑不同榫头形式、不同模型比例、不同榫头伸出长度及不同材料对直榫榫卯节点抗震性能的影响,制作了14个T型直榫榫卯节点。通过直榫节点的低周反复加载试验,得到了不同形式直榫节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、转动刚度及其退化规律和耗能等性能。试验结果表明:直榫节点的破坏形态主要是卯口、榫头的挤压变形和榫头部分拔出,梁、柱无明显破坏;直榫节点弯矩-转角滞回曲线形状呈反‘S’型,单向直榫节点的滞回环对称且饱满度较好,透榫节点、半榫节点的正向和反向滞回曲线呈现不对称性且饱满度较差,半榫节点尤为明显;单向直榫节点、透榫节点的承载力和转动刚度较大且相差不多,半榫节点较小;单向直榫节点的承载力大致与模型比例的平方成正比,但不符合模型相似关系;单向直榫节点增加榫头长度有助于提高其转动刚度,但当榫头长度大于柱径时,其提高幅度减小;透榫节点的耗能能力好于单向直榫节点和半榫节点;不同木材种类对直榫节点的承载力、转动刚度等性能有明显影响;直榫节点的转角可以达到1/8rad,表现出良好的变形能力。研究成果可为古建筑木结构的抗震分析提供依据。

碳纤维布加固古建筑木结构基于结构潜能和能量耗散地震破坏评估

为了评估古建筑木结构加固后的抗震性能以及研究加固结构在各工况地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态,基于碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理,计算了两耗能元件在低周反复荷载作用下的"抵抗破坏潜能";借助碳纤维布加固古建筑木结构振动台试验,计算了各工况地震作用下每一耗能元件所耗散的能量,基于构件的"抵抗破坏潜能"和各工况下的地震耗能建立了耗能元件在不同地震作用下的地震破坏评估模型,并借助能量分配系数找出了各耗能元件破坏状态与整体加固结构破坏状态之间的关系,建立了整体加固结构在不同地震作用下的破坏评估模型。应用该地震破坏评估模型,定量计算了碳纤维布加固燕尾榫柱架和枓栱铺作层、整体加固结构在各工况地震作用下的破坏系数,并基于破坏程度,得出了整体加固结构不同破坏系数对应的结构不同震害等级。研究结果可为碳纤维布加固古建筑木结构的震前破坏预测和震后加固古建筑木结构的保护再修复提供可靠的理论依据。

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.

碳纤维布加固燕尾榫柱架恢复力特性研究

根据碳纤维布加固燕尾榫柱架低周反复荷载试验结果,提出了往复荷载作用下碳纤维布加固燕尾榫柱架的特征参数计算公式,研究其二阶效应、卸载刚度变化规律及滞回规则,建立并提出了能够反映碳纤维布加固燕尾榫柱架地震作用下真实受力状况的荷载-位移恢复力特征曲线,并与试验结果进行对比,该曲线拟合效果较好,表明本文提出的碳纤维布加固燕尾榫柱架恢复力特征曲线具有一定的适用性.

碳纤维布与木材界面粘结性能的数值模拟

随着碳纤维布在木结构古建筑加固领域的广泛应用,明确碳纤维布与木材之间的界面粘结力学性能是进行加固的前提和基础.主要结合碳纤维布-木材的单剪试验,对5个粘贴碳纤维布的试验木块采用AN-SYS有限元软件进行了非线性数值模拟,研究了碳纤维布粘结长度及宽度变化对极限粘结荷载的影响,分析了碳纤维布的应变分布规律以及界面粘结剪应力的分布特点和传递过程,并给出了试验值和计算值的误差分析.计算结果表明,采用的模拟界面粘结性能的有限元方法具有可行性.

古建筑木结构地震作用下的破坏分析及加固措施研究

为了科学合理的对古建筑木结构进行修缮保护,根据古建筑木结构独特的营造技术,系统总结了古建筑木结构不同于现代建筑结构的优良的抗震构造特点;结合四川雅安地震后对古建筑木结构的震害调查,通过系统归纳和分类统计,对古建筑木结构的地基基础、梁柱和枓栱等构件、榫卯节点、整体稳定性以及围护结构在地震作用下的破坏情况及破坏原因进行详细的分析和探讨;并针对结构不同的破坏情况,提出相应的抗震加固方法。分析结果可为古建筑木结构的修缮加固提供理论依据。

商场中庭悬挑环廊舒适度影响因素分析

商场中庭环廊部位人流量大且悬挑跨度较大,楼盖对人行激励较为敏感,有必要对竖向荷载作用下楼板的振动情况进行分析。目前为止国内尚无统一的楼板舒适度标准从影响楼板振动的主要因素进行考虑,对人行步频、阻尼比、楼板厚度等三个因素进行参数分析。采用有限元软件MIDAS/Gen,通过时程分析方法对某商场中庭环廊进行人行舒适度研究,依据国内外规范对楼盖舒适度进行了评价,最后给出了合理设计建议。