古建木结构节点的抗震机理研究及抗震能力评估

榫卯连接是我国古建筑木结构的特有构造形式,其完整性直接影响古建木结构的抗震性能。为此,以古建木结构中较为常见的燕尾榫为例,通过对其传力机理进行理论研究,建立其数值模型和弯矩-转角(M-θ)力学模型。研究结果表明,根据模型计算获取各个特征值与实验数据的偏差均低于20%。这表明研究构建的模型精度较高,能够较为准确地评估建筑的抗震性能。研究为古建筑的修缮和加固提供数据保障。

古建木结构抗震机理的探讨

在对古建木结构基本构成及其营造工艺广泛调研的基础上 ,总结了其中所蕴含的朴素的抗震思想 ,通过殿堂结构的地震反应分析 ,对古建筑营造法则的有关条例从抗震角度给予了新的解释 。

考虑长期腐蚀影响的古建木结构极限寿命预测

针对长期环境腐蚀对古木结构的性能和损伤程度的影响,基于蒙特卡洛方法结合Gerhards/Weibull模型提出了古建筑木结构关键构件的承载力/变形值极限寿命预测方法.首先研究了腐朽、虫蛀等腐蚀环境对构件的截面尺寸和强度的影响,分别在承载能力和正常使用极限状态下建立构件的承载力/变形值的时变模型;其次利用蒙特卡洛方法,考虑构件尺寸、强度、荷载等随机参数对木结构关键构件的影响,给出具有一定可靠度的极限寿命预测方法与置信区间,并对结构做出相应的决策判断.最后以某历史文化民居选取的单榀框架来验证所提方法的有效性.结果表明:在长期腐蚀条件下,构件抗力随时间减小,变形值随时间增大,对两者变化规律进行时变分析是评估的关键;Gerhards和Weibull模型结合蒙特卡洛方法可以较好地对木结构梁、柱关键构件的极限寿命进行预测;综合考虑承载力和变形值能够更真实地反映结构的极限寿命.

考虑残损的古建木结构地震易损性分析

现役古建木结构普遍存在残损现象,这将影响结构的抗震性能。本文以北京故宫的咸福宫西配殿为研究对象,通过简化其屋顶、斗拱、榫卯和柱脚节点建立结构的理想模型,并在此基础上考虑材料老化和节点性能降低等因素建立其残损现状模型。通过地震易损性分析,得到古建木结构的地震易损性曲线并进行理想和残损结构的震害等级及其发生概率对比。研究结果表明:残损现象降低了咸福宫西配殿的刚度和自振频率;相比于理想结构,咸福宫西配殿残损结构在小震作用下发生轻微损坏的概率增大21.1%,在中震作用下发生中等破坏的概率增大3.7%,大震作用下发生严重破坏的概率增大10.6%;咸福宫西配殿在大震作用下发生倒塌的概率很小,体现了木结构具有良好的抗震性能。

灵泉村古建木结构构造探讨

中国古建筑是中华文明的重要组成部分,其中最具中国特色,数量最多的当属木结构古建筑。随着时间的延续,对这类历史文物的保护日益迫切。通过对灵泉村明清古民居的勘测,结合翔实的历史和对考古资料的调查,简略介绍了灵泉村古建的基本构成后,分析了其中蕴含的朴素的力学及抗震思想。为进一步研究灵泉村古民居提供了有用的资料。

基于分布式光纤技术的古建木结构变形监测策略

为解决古建木结构在实际监测中因监测内容较多而造成系统臃肿、传感器通道数量过多和数据集成繁琐等问题,提出基于分布式光纤技术的古建木结构梁柱变形监测策略.首先以共轭梁理论和空间几何关系为理论基础,在分析榫卯节点特性和柱脚平摆浮搁式特点基础上推导出结构应变分布信息分别和梁挠度和柱倾角之间的对应关系;其次采用数值仿真和理论分析对所提策略的适用范围和传感器布设进行研究;最后通过单榀木框架静力试验和单柱倾覆试验验证所提监测策略的有效性.研究结果表明:所提出的古建木梁挠度监测技术适用于跨高比20以上的木梁;基于本文布设策略的古建木结构变形监测技术具有较好的测量精度和适用性.

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.

古建木结构受力性能探讨

对古建木结构结构的特性和受力特性进行了理论研究,结果表明古建木结构结合屋面自重大的特点,使其柱、枋、梁三类件刚柔相济地承载、抗风协同工作,对地震有着更好的隔震效果。分析结果可为检测、鉴定时确定重点检查的部位提供理论基础。

古建木结构台基隔震性能研究

以一小式木结构房屋台基为研究对象建立足尺模型,利用通用有限元分析软件ABAQUS对有无台基的模型分别进行了时程分析。通过提取屋盖结构的加速度、位移响应时程及结构最大Mises应力、最大侧移、柱根滑移量等参数,对两种模型进行了定量的对比。得出台基可有效缓解上部结构地震响应、控制柱倾斜量、提高柱根滑移隔震效率等结论。

古建木结构修复加固前景展望

文章从概念、实践、技术等几个方面梳理了国内外有关古木建筑结构木材修复技术加固的最新应用实践与技术,并对其应用前景进行了充分展望。在概念上,应满足我国建筑艺术遗产文化价值观与保护的基本需要,并充分考虑中国各种建筑历史文化和艺术美学的共同特点。在建筑工艺技术系统管理方面,应通过整合多个学科的各种现代工程技术手段,建立系统、严密的建筑工艺管理系统,在技术上,应在不断继承和创新我国传统工艺技术的基础上,积极引进新技术材料、新工艺技术,弥补传统工艺的不足。

某在役古建木结构的模型修正与状态评估

以旧木材材性试验数据和现场静载测试数据为基础,对闽北一在役的古聚落木结构"七家楼"进行仿真力学性能分析.建立"七家楼"准确的整体有限元模型,通过对"七家楼"有限元模型进行正常服役状态下的静力力学性能分析,得到"七家楼"各主要承重构件的应力分布和变形情况,分析穿斗式古建木结构的受力传力体系和薄弱位置,评估结构的安全状态.研究结果表明:以"七家楼"为代表的闽北穿斗式古聚落木民居目前在承载能力和变形能力方面均尚有一定富余;穿斗式木结构中央区域为主要受力区,结构以承重梁架受弯过大为主要失效模型;屋盖梁架体系为结构的薄弱位置,是修缮加固和监控的重点.

基于木材弹塑性损伤本构的古建木结构残损梁柱构件损伤非线性分析

局部糟朽、虫蛀在古建筑梁柱构件中普遍存在,采用数值模拟方法分析其受力性能意义重大。在连续介质力学和损伤力学框架内,建立木材的弹塑性损伤本构模型,并基于ABAQUS的用户材料开发接口UMAT进行本构模型的二次开发,通过模拟已有文献中的三点受弯木梁试验,对本构模型的正确性进行验证。通过人工预制局部开槽的方式模拟实际古建筑木结构中梁柱构件的局部糟朽和局部虫蛀,基于所开发的本构模型建立有限元模型,并通过已有试验验证模型的正确性。结果表明:所建木材的弹塑性损伤本构模型和木梁、木柱的有限元模型可较好地反映残损梁柱构件在受力过程中的非线性受力和损伤演化行为。

古建筑木结构无损检测内容与研究进展

中国拥有大量的木结构古建筑。合理有效地检测评估木结构的存在状况,是古建筑保护和修缮工作的重要需求。古建筑木结构无损检测是以无损检测和评估古建筑木结构安全性,以现场应用和实际需求为导向的木材材性检测评估技术,检测内容主要包括缺陷无损检测和木材物理力学性能无损检测两个方面。木结构、木构件隐藏缺陷的检测以及评估是古建筑木结构无损检测工作的重点和难点。本文首先介绍古建筑木结构的组成,总结其无损检测内容和目前常见无损检测方法;然后归纳总结古建筑木构件隐藏缺陷无损检测、古建筑木构件分等、腐朽对古建筑木材力学性能影响等应用和研究进展;最后归纳说明古建筑木材力学性能无损检测和自然老化对古建筑木材性质影响的研究状况。以期对从事木结构文物保护技术应用和科研工作的相关人员,有所启发和帮助。

考虑非结构构件的木结构古建筑抗震性能研究综述

木结构古建筑是我国文物建筑的主体,它以木材为主要承重构件,具有深厚的历史文化价值。本文根据已有研究,从结构试验、数值模拟、抗震性能评估方法 3个方面,总结了含有隔墙、隔扇、雀替等非结构构件的古木建筑抗震性能研究现状。研究表明,非结构构件可以限制榫卯节点拔榫,改善节点受力,不同程度提高结构的强度、刚度和耗能能力,降低了结构在地震作用下坍塌的概率。最后结合我国木结构古建筑的研究现状以及与其他国家的研究差异,给出了未来木结构古建筑抗震性能的可能研究方向。

基于无损检测的残损古建筑木结构受力性能研究

硬山式是中国古建筑中最常见的形式。古建筑木结构在历经上百年之后存在不同程度的残损,为了建立更接近实际残损现状的有限元模型,并研究残损对古建筑木结构整体受力性能的影响,选取了北京某四合院民居中的硬山式古建筑木结构为研究对象。通过无损检测,确定了结构的残损类型和残损状况。基于无损检测结果,分别建立了结构的完好和残损有限元模型,对其进行了模态分析、静力计算和地震响应计算。最后,对影响结构频率的各残损参数进行了敏感性分析。研究结果表明:材料的老化、构件和节点的残损降低了结构的刚度和自振频率;在静力作用下,残损结构中构件的最大应力大于完好结构;在地震作用下,残损结构的最大加速度、最大位移和最大位移角均大于完好结构;各残损参数中材料弹性模量对结构频率的影响最大,榫卯拉压刚度的影响最小。

某木结构古建筑迁建工程结构安全性鉴定

文章以某木结构古建筑迁建工程为例,对照《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-2015)对其进行结构检测鉴定,综合现场实测结果、结构验算结论及结构目前使用状况对该工程的安全性等级进行评定,并针对存在问题提出处理意见和使用维护建议。

木结构斗拱出挑层数对建筑抗震性能的影响

木结构古建筑是世界建筑史的重要组成部分,目前的研究大部分集中在结构整体的抗震性能上,或者单独对构件的受力机理进行分析,主要的研究构件包括斗拱、柱、梁架等,但是在构件对整个结构抗震性能的影响方面研究较少。以殿堂型结构中的斗拱为研究目标,利用ANSYS和ABAQUS软件对其展开模态与动力时程分析。通过对不同层数的斗拱进行分析比对,总结出斗拱层数变化对其抗震性能的影响。结果显示,在地震波作用下两模型柱脚和柱顶位移相差不大,但屋脊位置的位移量五踩斗拱模型比三踩斗拱模型多40%,五踩斗拱的柱顶加速度比三踩斗拱的柱顶加速度小23.02%,五踩斗拱的屋脊加速度比三踩斗拱屋脊小24.27%,证明在一定范围内斗拱层数的增加有利于结构的耗能减震。

基于应变监测数据预测值的藏式古建筑木结构健康状态评估

为增加藏式古建筑木结构的安全冗余度,该文提出了短期应变监测数据预测方法,以此对藏式古建筑木结构健康状态进行预判性评估。以回廊结构为对象,利用Sobel算子与卷积神经网络方法处理传感器带来的多种数据异常。通过多项式回归和功率谱密度的方法确定应变监测数据组分。引入变分模态分解法对数据进行解耦,以Prophet算法预测短期温度监测应变,以Gumbel极值理论预测不同重现期下的人群监测应变。以不同重现期下的应变监测数据预测值的叠加结果确定需重点关注的结构位置和需立即修缮的结构位置,以满足藏式古建木构的预防性保护要求和最小扰动原则。

残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性

为研究残损古建筑木结构榫卯节点的恢复力特性,共设计了4个古木结构不对称榫卯结构,包括1个完好无残损的榫卯节点试件和3个不同残损程度的榫卯节点试件,分析低周反复荷载作用下试件的滞回特性,并通过分析试件刚度退化规律及滞回规则,提出了古木结构不对称榫卯节点的特征参数计算公式,建立了能够反映不同残损程度古建筑木结构榫卯节点真实受力状况的恢复力特征曲线。结果表明:不对称榫卯节点滞回曲线的形状随着残损程度的增加由S形向反Z形转变,捏缩效果逐渐显著;各试件骨架曲线的正向加载和反向加载显著不对称;恢复力特征曲线与试验结果拟合效果较好,表明所建恢复力模型具有一定的适应性,可用于残损古木结构节点的弹塑性分析。

地铁列车振动对颐和园北宫门古建筑木结构影响的实测与分析

针对地铁运行对木结构古建筑的影响这一问题,本文以颐和园北宫门和北京市地铁4号线为研究对象,采用ABAQUS建立了列车‑隧道‑土层‑木结构古建筑耦合模型。通过与现场实测结果对比,验证了有限元模型的精度,并系统地研究了地铁运行时地铁线路与古建筑之间的夹角、列车速度对木结构古建筑振动的影响。结果表明:场地地表与北宫门结构的振动强度的模拟结果与实测结果基本一致,实际工况下北宫门的振动响应满足限值要求;地铁线路与临近木结构古建筑长轴方向夹角为0°时,结构振动强度最大,且对于不同夹角,振动最强烈的均为距地铁线路最近的结构柱;随着列车速度的增大,木结构古建筑的振动强度显著增大,与车速60 km/h时相比,车速为80 km/h时结构的振动幅度增加了19.67%。