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。

残损古建筑木结构叉柱造式斗栱节点抗震性能退化规律研究

为研究残损叉柱造式斗栱节点的抗震性能及其退化规律,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4个叉柱造式斗栱节点,并采用人工模型方法,模拟构件表面腐朽、虫蛀及裂缝等三类残损斗栱节点。通过低周反复荷载试验,研究残损斗栱节点的破坏形态、滞回性能、抵抗弯矩承载力、转动刚度、耗能及其退化规律。试验研究表明:残损叉柱造式斗栱节点的破坏形态与完好斗栱节点相似,残损节点模型的破坏更显著、更严重;残损斗栱节点的弯矩-转角滞回曲线呈弓形,滞回环捏缩效应较小,层间滑移现象减弱;不同残损斗栱节点的抵抗弯矩承载力和转动刚度都有一定程度的降低;残损节点的耗能能力都有所提高;残损斗栱节点仍具有较好的变形能力和延性。初步建立了节点的残损度与其抗震性能退化之间的关系。研究成果对我国现存叉柱造式古建筑木结构的残损评估和保护具有重要参考价值。

木结构古建筑结构特性的实验研究

中国古建筑是中华文明的重要组成部分，其影响远及日本、韩国。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。为 了对木结构古建筑的结构特性有准确的把握，为研究和维修保护提供依据，本文通过对具有 一定代表性的西安北门箭楼的现场脉动试验和激振实验获得了大量第一手资料如结构的自振 频率以及结构整体的振动模态。通过有机玻璃模型及木模型的多点激振实验验证了实测结果， 建立了适合这类结构的实验方法，获得了有关结构动力特性的更为详尽的信息。通过对实验 结果的讨论，获得了木结构古建筑的基本动力学特征。在本文的姊妹篇，即本研究的第二部 分中，结合实验结果及结构特点，建立了针对木结构古建筑的结构模型和分析方法，编制了 考虑斗栱和榫卯等半刚性节点的三维有限元分析程序，并对西安北门箭楼作了详细研究。

宋式带“昂”斗栱节点力学性能试验研究

古建筑中宋式斗栱节点最为显著的特征之一就是带有"下昂"。为研究具有这种特征的斗栱节点的受力性能,制作1∶3.52的缩尺模型试件进行竖向荷载试验和水平低周反复荷载试验,依据宋《营造法式》和实际建筑的"有昂无梁栿"和"有昂有梁栿"两种类型的宋式斗栱节点模型,设计并制作了以柱头斗栱节点为对象的试验模型。研究结果表明:在竖向荷载作用下,栌斗始终作为薄弱构件首先破坏;下昂与梁栿虽打断了斗栱节点分层叠加,但其依旧能保持良好的整体性;水平荷载作用下单个斗栱节点的倒三角形构造易发生转动,但加入梁栿后,节点的转动受到约束而发生滑移,此时斗栱表现良好的耗能效果,由此说明斗栱节点良好的抗震性能并非来自单个斗栱节点,而是由其通过相互约束协同工作而产生;底部暗销有较强的锚固作用,斗栱节点水平承载力主要由底部暗销的锚固力和柱与斗栱节点接触面的摩擦力组成。