足尺宋式摇摆木构架恢复性拟静力试验研究

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下的结构特性。加载过程中,木柱刚体转动行为明显、柱架层变形集中,卸载阶段木构架能自主回到初始位置。试验结果表明:各级滞回环狭长且重叠,结构构件呈现出刚体运动的特征,结构整体具有一定位移恢复能力;残余位移介于0.28~2.53 mm间,两组位移恢复系数均大于87.1%,随控制位移的增加未出现显著降低,木构架的位移恢复能力良好;初始刚度在控制位移超过屈服位移后趋于稳定;柱架层变形是斗拱层变形的2.95~86.47倍,层间位移集中系数介于1.22~2.03间,且随控制位移的增加先增后降。

四柱传统摇摆木构架恢复性的试验研究

为了探究宋式传统摇摆木构架的结构受力特征,对1∶2宋式四柱四梁木构架缩尺模型进行了水平低周往复试验,基于滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线的变化特征,采用滞回环屈服刚度、位移恢复系数和层间位移集中系数探究其恢复性。结果表明:各狭长S型带状滞回环具有相似性,其等效刚度退化显著;水平位移超过屈服位移后,滞回环屈服刚度趋于整体屈服刚度;位移恢复系数介于0.6~0.8之间,木构架具有良好的位移恢复能力;木构架的层间位移集中系数在1.08~1.65之间,水平变形集中在柱架层,柱架层是木构架恢复性的来源。研究成果是建立传统木构架理论分析模型的基础,可为现存古建筑木结构的现状评估以及加固修缮提供参考。

石柱木梁架古建筑抗震性能临界状态理论分析

石柱承托木梁架结构体系作为山西古建筑典型的结构体系之一,其在地震作用下易形成摇摆构架,摇摆构架不同运动状态直接关系到古建筑结构安全状态的判定。基于摇摆构架理论分析模型的基础,以高平嘉祥寺毗卢殿作为研究对象,重点探讨了在地震荷载作用下摇摆构架四种运动临界状态(相对静止、相对滑移、摇摆和滑移摇摆)的控制条件,为后续研究类似石柱承托木梁架古建筑结构体系非线性动力分析提供理论依据。

古建筑木结构的承载及抗震机理

从古建筑木结构的材料劣化损伤、材性衰退、柱脚节点、榫卯节点缝隙与性能、斗栱性能与构架性能等几个方面探讨古建筑木结构的承载机理。从宏观和微观尺度分析古建木构材料性能,建立构件层次的古木材性时变模型;提出木柱摇摆抬升的力学模型及精细化分析方法;建立榫卯节点缝隙概率分布模型,构建榫卯节点模型及分析方法;分析单朵斗栱力学性能及斗栱层的协同作用;通过摇摆木构架的试验和理论分析总结节点摩擦耗能、重屋盖高位储能、构架长周期摇摆释能的综合抗震机理。