江南地区传统木构建筑半榫节点受力性能研究

对江南地区传统木构建筑中常见的半榫节点受力性能进行了试验和理论研究.通过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.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,综合考虑半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分析,有限元分析结果和试验结果较为吻合,通过分析,获取了半榫节点的平面内(竖向)转角刚度、平面外(水平)转角刚度和扭转刚度的相互关系,可近似归纳为1.4∶1.0∶1.1.研究结果可为江南地区传统木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础.

扁钢加固半榫、透榫及燕尾榫抗震性能试验研究

为了解决木结构古建筑榫卯节点老化抗震能力下降的问题,以木结构古建筑加固的无损性和可逆性为原则,以保留榫卯节点半刚性特点为出发点,以是否设置活动槽和加固件是否与柱螺钉连接为区分,设计了4种不同形式的扁钢加固装置,并将其应用在半榫、透榫和燕尾榫节点.以宋《营造法式》中大木作二等材为原型,按照缩尺比例为1:3.52制作了3组试验模型,其中半榫、透榫和燕尾榫节点各4个.进行试验的节点均为反复加载过的有损节点,通过静力推复试验,对比榫卯节点加固前后的破坏状态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能参数.试验结果表明:榫卯节点加固前后滞回曲线都有明显的"捏缩效应",榫卯节点间存在摩擦滑移,加固后的节点依然具有半刚性的特点;加固前后的榫卯节点的阶段耗能和累积耗能随水平位移荷载的增大呈抛物线式增长;4种加固装置对榫卯节点的刚度、峰值荷载和耗能能力都有提高作用,带螺钉加固装置的加固效果最为明显,提高加固件与木构件之间的有效连接可以提高榫卯节点的抗震性能;提出改进和进一步提高4种加固装置加固效果的建议.

黏弹性阻尼器增强传统木结构半榫节点试验研究

为研究传统木结构半榫节点在改变木材种类、改变榫头宽度以及是否安装黏弹性阻尼器情况下的耗能能力,用松木和杉木制作了12个不同榫头宽度的半榫节点试件(6个未安装黏弹性阻尼器的节点试件和6个安装黏弹性阻尼器的节点试件),进行低周反复加载试验,并将6个未安装新型阻尼器的节点试件的试验结果与6个安装黏弹性阻尼器的节点试件的试验结果进行对比分析。研究结果表明:各半榫节点滞回曲线均呈反"Z"形,且捏缩效应明显,其中宽松节点滞回曲线产生较大的滑移;榫头宽度对半榫节点的骨架曲线斜率有较大影响,且增强后半榫节点推迟进入屈服阶段;紧密节点初始刚度最大,随加载的继续,各节点刚度下降后趋于平稳,增强后节点负向加载时刚度显著提高;安装黏弹性阻尼器的节点榫头拔榫量减小,同时节点的刚度、承载力和耗能能力得到有效增强。

半榫节点正反向受弯性能的实验研究

设计了2个半榫节点,通过单调加载试验,对其受弯性能(弯矩-转角、拔榫量-转角关系以及破坏形态)进行了研究。试验结果表明:半榫节点的主要破坏类型为脱榫破坏,破坏时榫头上侧和榫颈下侧存在明显挤压变形,柱和枋完好无损;节点反向加载时的受弯承载力大于正向加载时的受弯承载力;缝隙对节点的受弯性能有着重大影响,上侧缝隙影响较大,顶端和两侧缝隙影响很小。

角钢加固传统民居十字形半榫节点抗震性能试验研究

为研究传统民居木结构十字形半榫节点及其角钢加固后的抗震性能,参照川西地区实际民居,按照1∶1.33的缩尺比例,制作了1个半榫节点和4个具有不同设计参数、采用角钢加固的半榫节点,并对其进行低周往复加载试验,得到了加固前后半榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:未加固半榫节点发生拔榫破坏,滞回曲线有明显的捏拢效应;加固节点所用角钢在限制榫头拔出的情况下,改变了十字形半榫节点的破坏形态,节点破坏时榫头折断、角钢变形较大,滞回曲线较为饱满;加固后节点的承载能力得到了不同程度的提升,刚度退化现象得到明显改善,节点变形能力有所提高,而耗能能力较未加固节点并无明显降低;单侧角钢加固对节点负向受拉的承载力比正向受压的承载力提高作用更加明显,而双侧角钢加固节点正负向承载力基本一致;单侧加固节点的刚度比双侧加固节点的刚度稍小,且随着角钢厚度的增大,节点刚度的提高作用越明显;而角钢肢长变化对节点的刚度影响不大。

新型竖向半燕尾榫节点抗震性能研究

传统榫卯连接较为常见的有燕尾榫、透榫、半透榫等。鉴于传统燕尾榫存在削弱柱横截面面积、传统透榫地震时易拔出等缺陷,本文提出了一种用于木结构建筑梁柱的竖向半燕尾榫节点连接结构。分别制作了传统透榫、新型竖向半燕尾榫(边柱与中柱连接)、新型竖向半燕尾榫(中柱与梁连接)节点模型,并按照缩尺比例1∶4. 8进行制作,用于对比分析新型竖向半燕尾榫节点的抗震性能。通过低周往复试验对3个模型进行研究。试验结果表明:3个模型都是梁柱几乎没有发生破坏,透榫节点主要是拔出破坏,而新型竖向半燕尾榫是榫颈拔断破坏。从滞回曲线来看,3个模型的滞回曲线都呈反S形,且都具有一定程度的捏拢效应,但新型竖向半燕尾榫节点的捏拢效应要低于传统直榫。新型竖向半燕尾榫节点的转动弯矩、刚度和耗能能力优于传统直榫节点。