增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能

为了给广府木结构的修复提供理论依据,采用菠萝格木材设计制作了5个箍头榫节点试件。考虑到榫卯构造尺寸的影响,首先进行了未加固无损节点的拟静力试验。然后,采用对原有外观影响较小的雀替型阻尼器对上述节点损坏试件进行加固,以尽可能保留建筑的原始风貌。最后,对加固节点进行拟静力试验,以研究节点的抗震性能变化以及阻尼器的加固效果。结果表明:采用阻尼器加固后的节点试件在加载至破坏时,榫卯处压痕明显,梁外榫外侧劈裂、脱榫现象明显,阻尼器脚部的橡胶与钢板有一定的脱离现象;对节点增设阻尼器能够弥补节点初期损伤导致的受力性能下降,为残损榫卯节点提供较好的后期刚度,提高节点的承载能力和耗能能力;与未加固试件相比,增设阻尼器后,试件的后期刚度、极限承载力、总滞回耗能均有所增加,分别提高18%、19%、20%以上。文中还在已有简化力学模型的基础上,结合OpenSees,提出了一种应用于箍头榫木结构的宏观模型建模方法。采用该方法得到的节点滞回曲线与试验结果吻合良好,可以有效模拟阻尼器加固的箍头榫木节点的滞回耗能特性。

雀替型阻尼器加固箍头榫木框架结构的抗震性能

为研究广府古建筑木结构的抗震性能及加固方法,采用菠萝格木材,设计并制作了两榀不同结构形式的典型广府木祠堂箍头榫框架,提出并制作了用于木结构榫卯节点加固的雀替型阻尼器,对雀替型阻尼器加固前后的木框架进行低周往复荷载试验,研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果。研究结果表明:阻尼器可以弥补初次加载产生的损伤,在转角不大时给残损的榫卯节点提供较高的初始刚度,并在榫卯节点自身开始闭合时与之协同受力,提高节点刚度、极限承载能力和耗能能力,使得加固试件的极限承载能力高于未加固试件;未加固试件经过加载,出现了榫卯脱离、榫卯局部压屈现象,加固试件的破坏形式主要为榫卯脱离、榫卯局部压屈和竖向顺纹劈裂裂缝;各节点的滞回曲线呈现明显的“捏缩”现象,榫卯节点强度退化系数均大于0.83,在循环荷载作用下表现出稳定的承载性能,随节点转角的增大,各节点的环线刚度、等效粘滞阻尼系数呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势;边跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.1~0.2,而中跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.05~0.1,且经过阻尼器加固,边跨框架与中跨框架试件的总滞回耗能分别提高了67%和19%。

广府木祠堂箍头榫节点力学性能试验研究

以岭南地区具有代表性的广府木祠堂建筑为研究对象,分别进行了1榀菠萝格木构架缩尺模型的竖向加载与1榀木构架缩尺模型的水平低周反复加载试验,研究广府木祠堂箍头榫节点的力学性能.通过木构架的竖向荷载试验,获取箍头榫节点在竖向荷载作用下的破坏形式、受力特点和刚度特性;从木构架的水平低周反复荷载试验中,得到箍头榫节点在水平荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及能量耗散能力等性能.试验结果表明,木构架在梁跨中竖向荷载作用下为梁底部木纤维突然拉断而破坏;而木构架在水平低周反复荷载作用下为节点梁端外侧被挤压劈裂破坏,箍头榫节点呈现出典型的半刚性,其滞回曲线较为饱满,割线刚度曲线呈下凹型且趋于收敛,等效粘滞阻尼系数较大,试件表现出较好的抗震性能.

广府古建筑木结构箍头榫节点弯矩-转角关系理论分析

广府祠堂木结构节点多采用箍头榫形式,其受力性能与已有的直榫、燕尾榫等均存在差异,为研究箍头榫节点的受力性能,开展了箍头榫节点的受力机理分析,推导了弯矩-转角理论计算公式,并通过试验结果验证了理论计算公式的正确性;基于理论计算公式,对影响箍头榫节点弯矩-转角关系的各个因素进行分析.分析结果表明,在所计算的参数范围内,节点初始转动刚度和极限弯矩随着柱直径、榫宽度、摩擦系数、榫头侧面和卯口间挤压宽度的增大而增大,节点极限弯矩随着梁高增大而增大,而节点初始转动刚度受梁高的影响不大.所得结果可为广府地区古建筑木结构的受力分析及抗震性能研究提供理论依据.

广府木祠堂典型榫卯节点参数化分析

通过有限元软件ABAQUS对广府木结构祠堂的典型节点箍头榫和直榫进行参数分析,充分考虑节点承载力和刚度的影响因素和木材正交各项异性的材性特点,两类节点各选取一定数量建立三维实体有限元模型,分析并获得各种参数变化下节点弯矩承载力和节点转动刚度的变化规律。本文还对节点的M-q曲线进行了双线性拟合,给出了考虑节点各尺寸参数的拟合公式,研究结果将为广府木祠堂修缮和结构加固提供节点承载力和节点转动刚度计算依据和取值参考。

广府古建筑木结构箍头榫节点抗震性能研究

为研究广府古建筑木结构中广泛采用的箍头榫节点的抗震性能,以梁截面高度、柱直径、梁榫宽和柱顶轴压力为研究参数,设计制作了8个缩尺节点试件进行低周反复荷载试验,得到了不同研究参数下箍头榫节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力退化、刚度退化及能量耗散能力等。研究表明:各箍头榫节点试件转角达到0.1rad时,仍可维持稳定的承载状态,其承载力退化不明显,具有较好的承载性能以及良好的延性。试件的破坏形态包括柱内侧梁榫顶部(或底部)顺纹拉裂破坏、柱外侧梁榫竖向劈裂破坏和水平劈裂破坏;各节点的弯矩-转角滞回曲线均呈反Z形,且有明显的"捏缩"现象;在试验设计参数范围内,节点的转动刚度、极限弯矩和耗能能力均随着梁截面高度和柱直径的增大而增大,并随着梁榫宽的增大呈现出先增大后减小的趋势,一定范围内改变柱顶轴压力对试件抗震性能影响不大。采用有限元软件ABAQUS建立了箍头榫节点模型,并与试验进行了对比验证,结果表明该模型可较好地模拟反复荷载作用下的节点滞回性能。通过参数分析进一步研究了不同参数下箍头榫节点的弯矩-转角曲线,结果表明节点的屈服弯矩和极限弯矩基本与梁截面高度、柱直径大小呈线性正相关关系。