出踩与面宽方向柱头科斗栱抗震性能对比试验及数值分析

为研究加载方向对斗栱抗震性能的影响,文章基于地震作用的随机性和斗栱出踩与面宽方向的构造差异,对2个足尺柱头科斗栱分别沿出踩和面宽方向进行拟静力试验,得到斗栱的破坏模式、承载力、刚度与强度退化、耗能和变形能力。结果表明:斗栱在出踩和面宽方向分别加载时,大斗均相对平板枋滑移,馒头榫挤压剪断。出踩方向受力时单昂与桃尖梁相对滑移,面宽方向受力时整体明显转动。相比面宽方向受力的斗栱,出踩方向受力的斗栱具有更高的承载力、初始刚度和耗能能力,而变形能力较差。文章开展柱头科斗栱的数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好,研究出踩和面宽不同加载方向、轴压荷载、木构件之间摩擦系数和木材弹性模量对其抗震性能的影响。结果表明:面宽方向是柱头科斗栱的最不利受力方向,其正负向承载力比出踩方向分别低19.21%和17.03%;轴压荷载和木构件之间摩擦系数越大,斗栱承载力越大,而木材顺纹弹性模量和横纹径向弹性模量对斗栱的初始刚度和承载力影响较小。

柱头科斗栱偏心受压性能试验研究及有限元分析

为研究竖向偏心荷载对柱头科斗栱受力性能的影响,对3个柱头科斗栱足尺试件进行不同偏心率下的竖向加载试验,得到了斗栱的破坏形态、刚度退化和变形能力。轴心受压破坏模式主要是大斗的压溃和正心瓜栱与单翘的劈裂,偏心受压时大斗和平板枋出现明显的转动,造成斗栱的抗压刚度与承载力降低。采用ABAQUS有限元软件对3种偏心率的斗栱进行有限元分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对斗栱进行了参数分析,研究了竖向荷载偏心率,木材的抗压强度、弹性模量和摩擦系数对其受力性能的影响。结果表明:竖向荷载的偏心率越大,则斗栱的转动角度越大,其承载力越低;当偏心率为0.3时,斗栱的承载力比轴心受压时降低了41.64%;进入塑性阶段后,偏心受压斗栱的刚度退化较显著;随木材顺纹抗压强度和顺纹弹性模量的增加,斗栱的竖向承载力提高;木材的摩擦系数越大,斗栱产生的竖向位移越小。