古建筑木结构叉柱造式斗栱节点抗震性能试验研究

斗栱是中国古建筑特有的形制,具有建筑装饰、传递荷载和耗能减震等综合作用。为研究叉柱造式斗栱节点的抗震性能,以独乐寺观音阁平座层叉柱造式斗栱为研究对象,参照宋《营造法式》三等材的营造方法,制作5个叉柱造式斗栱节点。通过低周反复荷载试验,研究叉柱造式斗栱节点的破坏形态、滞回特性、抗转动承载力、转动刚度、刚度退化和耗能等抗震性能,分析不同营造形式、不同竖向荷载等因素对斗栱节点抗震性能的影响以及双朵斗栱协同工作效应。试验结果表明:叉柱造式斗栱节点主要破坏形态是柱叉、散斗的劈裂,栌斗的开裂和受压屈服,枋弯曲断裂以及构件的分离与滑移。斗栱节点的弯矩-转角滞回曲线呈"S"形,滞回环"捏缩"效应明显;双枋斗栱节点的滞回曲线对称性好,而单枋斗栱节点的正、负向滞回曲线显著不对称。斗栱节点弯矩-转角骨架曲线的发展过程可划分为基本弹性阶段、弹塑性上升阶段和平稳破坏阶段三个阶段,并根据试验结果建立斗栱节点的弯矩-转角简化计算模型。竖向荷载越大,节点抗转动承载力和转动刚度越大,根据试验结果建立斗栱节点转动刚度的竖向荷载影响系数计算公式。研究成果对我国叉柱造式古建筑木结构的保护具有重要参考价值。

竖向荷载作用下叉柱造式斗栱节点受力性能试验研究与有限元分析

以独乐寺观音阁平座层叉柱造式斗栱节点为原型,按宋《营造法式》三等材的尺寸要求,以1/3.2的缩尺比例制作了3个叉柱造式斗栱节点模型。通过竖向加载试验,得到了斗栱节点的竖向荷载-变形关系曲线,分析了斗栱节点变形特征、竖向压缩刚度和竖向荷载传递规律等。试验结果表明：斗栱节点的破坏特征主要是栌斗和泥道栱的断裂与压屈、叉柱肢的弯翘变形;竖向荷载-变形关系曲线可简化为三折线;整个变形过程中,竖向荷载主要按照以叉柱为主,叉柱与栱共同传递及叉柱肢屈曲后以栱为主三种途径传递。采用ABAQUS有限元软件建立了叉柱造式斗栱节点的三维实体模型,分析了其承受竖向荷载的力学性能,计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,建立了叉柱造式斗栱节点的竖向荷载-变形关系模型。研究成果可为我国叉柱造式古建筑木结构的保护提供参考。