榫卯灌浆钢管框架节点抗震性能试验研究

为探索建筑钢结构低能耗循环利用技术,研究方钢管柱-矩钢管梁采用榫卯连接、砂浆灌浆阻滑的钢框架节点的抗震性能。对榫卯灌浆节点及传统全焊接节点进行了低周往复荷载试验,对比分析其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、延性系数以及极限承载力,并建立有限元分析模型,与试验结果进行对比。研究表明:榫卯灌浆节点在弹性阶段的承载力与全焊接节点相当,但榫卯灌浆节点的极限承载力高于全焊接节点,塑性发展平台更长;榫卯灌浆节点的破坏方式为砂浆磨损挤碎,钢构件损伤小;摩擦耗能效果好,滞回曲线饱满,且震后砂浆易修复。

木结构榫卯节点力学性能分析与加固方法综述

古木建筑中广泛采用的榫卯连接具有出色的耐久性和抗震性能。然而各种因素对榫卯造成的劣化和损伤会威胁到整体结构的安全。因此,探究榫卯的力学特性、损坏类型、修复方式对保护木结构建筑具有重要意义。首先,介绍了榫卯的历史渊源,根据朝代划分简要梳理了各类榫卯的发展历程,应用情况。其次,详细分析了榫卯节点的力学性能和耗能减震机理,概述了其破坏原因和形式。接着,根据榫卯的破坏形式,重点从传统材料、新型材料两个方面对加固方法进行归纳,从实用性及美观性等方面比较各种加固方法及其适用范围,并对近年来工程案例分类总结。最后,本文对未来榫卯节点破坏的预防,修复和监测提出了相关展望,以期为未来研究和实践提供有益的参考。

古建筑木结构透榫节点地震损伤演化模型研究

为定量评估古建筑木结构透榫节点的地震损伤程度与地震损伤演化过程,对Kratzig地震损伤模型进行了改进。分别基于刁波地震损伤模型、Kratzig地震损伤模型以及改进的Kratzig地震损伤模型对3组透榫节点进行了地震损伤分析,研究了3种模型的适用性。为了对实际工程中的透榫节点松动进行地震损伤评估,基于改进的Kratzig地震损伤模型,考虑了节点松动对改进的Kratzig地震损伤模型的影响。结果表明:改进的Kratzig地震损伤模型在描述透榫节点地震损伤中表征效果最好,能够克服地震损伤模型与Kratzig地震损伤模型的不足;随着松动程度的增大,透榫节点损伤指数增长减缓,最终破坏时损伤指数减小。最后根据国内抗震设防规范,结合古建筑木结构地震损伤评估,提出了透榫节点性能水准分类及每个阶段的加固建议。

残损古建筑木结构不对称榫卯节点抗震性能试验研究

为研究残损古建筑木结构不对称榫卯节点的力学特性,共设计4个足尺古木结构榫卯节点,包括1个连接完好及3个存在不同松动程度的不对称榫卯节点,通过拟静力试验获得其弯矩-转角滞回曲线,对其滞回特性、骨架曲线、耗能能力及刚度退化规律等进行分析。结果表明,残损节点滞回曲线呈反“Z”形,捏缩效应显著;存在松动的不对称榫卯节点峰值弯矩及转动刚度均小于连接紧密的节点试件,而极限转角大于连接紧密的节点试件。随着节点松动程度的不断增大,各试件峰值弯矩、转动刚度峰值及滞回耗能逐渐降低。控制位移不变时,连接紧密完好节点的滞回耗能及刚度明显高于松动节点;各不对称榫卯节点正、负向刚度不等。同时,本研究获得了不同松动程度下节点的正、负向刚度理论公式,为工程加固修缮提供理论依据。

铝合金榫卯结构的几何特征

铝合金材料是一种优秀的轻量化材料,但由于其焊接性能差,限制了其在汽车上的大量应用。文中提出一种新的铝合金型材连接方案,即铝合金榫卯连接结构,并对其几何特点进行了研究:给出了铝合金榫卯结构的构成,即榫头、卯孔和固定结构;分析了铝合金榫卯结构的几何缺陷;定义了7组描述铝合金榫卯结构特点的基本参数;研究了铝合金型材截面轮廓及其内部结构的拓扑规律;归纳了工程中4类实用的铝合金榫卯结构类型。

木结构榫卯节点抗震性能研究进展

榫卯节点具有典型的半刚性连接特性,榫卯节点的抗震特性则决定着整体结构的稳定性。文中从榫卯节点滞回曲线和拟合恢复力模型两个方面,对榫卯节点的性能研究现状进行了梳理。在榫卯节点滞回曲线方面,阐述了直榫和燕尾榫受力特点与破坏特征,并基于低周反复荷载试验得出滞回曲线总体呈“Z”字形,有明显“捏拢”效应。在拟合恢复力模型方面,归纳了榫卯节点在加载过程中的趋势,并介绍了四参数幂函数模型,此模型可以反应不同尺寸的榫卯连接下连接刚度的变化规律,能够更准确的反应构件在地震反应中的结构抗震性能。通过对榫卯节点性能的研究成果回顾,发现目前没有形成统一的榫卯节点抗震性能计算方法、对于残损榫卯节点无法实现100%还原等问题。

榫卯结构在毕业创作《羽化》中的运用

榫卯结构,是在使用木材料进行艺术作品创作所使用的一种拼接技术,从而能解决木材料在体量上的局限性,又能将木材料进行拼接构成艺术作品。榫卯技术独特的构成感能满足该类型艺术创作者对于作品更多的审美需求,在不同的艺术创作者手中,榫卯的使用方式的不同也会对作品产生不同的艺术语言,达到不同的艺术效果和情感,是对于木材料的特性的挖掘与开发,从而成为木材料艺术创作者对作品思想观念情绪表达上的表现和达到所需视觉艺术效果的技术手段。

基于压电传感技术榫卯结构损伤识别实验研究

以指接榫和燕尾榫结构为例,利用压电主动传感技术对榫卯结构进行健康工况和损伤工况的损伤识别实验研究。其中,指接榫考虑水平和垂直连接的榫头松动和缺损工况,燕尾榫考虑实验机加载破坏工况。对压电传感器所接收到的信号进行小波包分解,并以各频段信号能量总和作为损伤指标对损伤程度进行定量评估。实验结果表明,指接榫结构所接收的信号能量随损伤程度的不断增加而减小;加载过程中,燕尾榫结构的榫头间先挤压紧密再出现榫头破坏,所接收到的信号能量出现先增大后减小的情况。因此,利用压电主动传感技术可实现对榫卯结构的损伤识别。可为相关专业的研究生及工程技术人员基于压电传感技术进行无损检测提供实验方法。

高架桥装配式聚氨酯无缝伸缩装置结构与施工技术研究

依托杭州彭埠互通改建工程,对装配式聚氨酯无缝伸缩缝结构与施工技术进行研究。研发了装配式新型无缝伸缩装置,由可伸缩骨架和聚氨酯构成的弹性复合体,与桥梁铺装层形成一体式路面结构;实现了聚氨酯在标准化环境中预制浇筑,可精准控制环境温度、湿度、清洁度等,上覆盖耐磨层对聚氨酯具有保护作用,使其耐久性得到保证;现场采用装配式拼装工艺,省去了伸缩缝骨架现场制作、聚氨酯材料现场浇及养护的时间,缩短了工期,加快了施工速度,节约了工程成本。

注浆式榫槽接头关键构造参数影响研究

装配式地铁车站结构注浆式榫槽接头的不同几何构造影响接头的力学性能,进而制约整个结构的力学行为。针对注浆式榫槽接头关键构造参数——榫长、榫宽、接头高度、接头宽度、槽顶壁宽、槽底壁宽、榫头内缩长度,基于榫头占比率、槽壁榫宽比、榫头倾角、榫长榫宽比和内缩率5个指标进行接头构造设计要求研究。结合各个指标对接头承载性能、制作和施工便捷性的影响,提出一套接头构造设计步骤及要求,明确关键几何构造参数具体取值范围:榫宽w与截面高度H的比值宜大于0.28,各榫头之间的净距宜为0.5~1.5倍单个榫宽w,槽壁厚度t与榫宽w比值不宜小于0.4,榫头倾角α宜为75°~85°,长接头和短接头榫长l与榫宽w的比值宜分别为0.5~0.8和0.2~0.5,内缩率宜为20%~50%;研究成果可为同类装配式结构构件连接设计提供参考。

新型梁柱榫卯节点单调加载试验研究

新型梁柱榫卯节点是一种能够进行标准化生产、装配化施工、实现木结构建筑全榫卯连接的新型节点形式。通过使用机械臂对该榫卯节点进行自动化加工制作,从而实现该类榫卯木结构建筑的工业化生产、智能化建造。为了探究该新型节点的受力性能,对其十字形梁柱榫卯节点进行单调加载试验,研究该节点的承载能力、破坏模式、刚度以及变形性能。采用数值模拟的方法对榫卯节点进行仿真分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:节点榫头主要横纹受压,受力屈服后变形明显,而卯口顺纹受压变形较小,节点最终破坏形式为榫头拔出,在薄弱截面处发生弯曲破坏,柱身和梁身基本完好。在此基础上,建立了单梁组成的T形梁-柱节点精细化有限元分析模型,研究梁柱节点中榫头朝向对节点初始刚度、强度以及延性的影响。结果表明,榫头凹面朝下初始刚度较大,可以有效提高节点的强度和延性。

基于壳-弹簧模型的装配式车站结构纵向受力分析

随着装配式车站的大范围推广应用,其面临着越来越多的复杂地质情况。在软硬不均地层中,装配式结构为柔性结构时对差异地层具有很好的适应性,结构的纵向受力较现浇车站有所不同,需对其受力特点进行研究。以深圳地铁某装配式车站为工程背景,采用有限元数值模拟方法构建壳-弹簧计算模型,研究在均匀及软硬不均地层的复杂工况下,装配式车站结构纵向沉降与受力特点。研究结果表明:位于均匀地层中的结构纵向受力主要受中立柱的影响,但其影响较小;位于软硬不均地层中的装配式车站结构存在纵向不均匀沉降,尤其在结构底板更为明显,顶板和侧墙结构其差异沉降的速率相对较缓;软硬不均地层中不仅对车站结构纵向受力存在影响,也对车站结构的横向受力存在一定的影响,顶板拱顶、拱肩弯矩增加约10%,拱顶轴力减少约8%,在设计中应考虑此因素的影响;在岩面突变地层中底板结构的剪力约316 kN,在渐变地层中剪力变化相对均匀,设计采用的凹凸榫槽结构能满足抗剪需求;同时在软硬不均地层中存在结构的纵向变形,环缝的张开量有所增加,但其增加的缝宽较小,在装配式车站防水允许限值以内。

榫卯插接结构在家具设计中的应用和开发

发扬中国传统榫卯工艺,缩短榫卯家具在生产制造当中的时间和成本,总结山水的曲线走向,使其能够更好地融入到人们的日常生活中。在传统的榫卯工艺中提取其中的设计元素,运用文献研究法、问卷调查法应用到现代家具设计当中。传统榫卯工艺与现代家具设计相互结合,使传统榫卯文化与当今消费者的需求相适应,应用并使传统文化价值回归到人们的日常生活中。探寻最优组装方式,设计出符合审美的现代家具,为设计师提供家具设计的参考。

以大湾苗寨吊脚楼为原型木结构拼装模型设计研究

吊脚楼源于中国的干栏式建筑,是中国民居建筑中的一颗明珠。大湾苗寨吊脚楼作为苗族民居建筑之一,具有依势而建、尊重自然、天人合一、和谐共存以及形意相融等文化内涵,随着农村城镇化建设步伐加快,基础设施建设不断完善,这些不可抗的外部原因使得苗族吊脚楼文化濒危。文章从苗族吊脚楼的人文背景、构造逻辑、木架结构等角度进行深入发掘和研究,并进行解构式木构建筑模型的设计实验,以实验方式记录并修复大湾苗寨吊脚楼的建筑形式,以小见大,以模型形式呈现微缩版吊脚楼,从木结构建筑到陈设品设计,回顾传统服务生活,传递大湾苗寨吊脚楼这一木架结构建筑的基因符号。

中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究

通过对3个按照《营造法式》制作的二等材殿堂式木构架的缩尺模型,以及3个碳纤维布和2个扁钢加固榫卯节点的构架模型在水平低周反复荷载作用下的试验研究,得到了未加固构架、碳纤维布加固构架及扁钢加固构架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能。试验结果表明:所有构架的梁、柱构件完好无损,破坏均发生在榫卯节点;未加固构架、碳纤维布加固构架及扁钢加固构架的滞回曲线有明显的不同;碳纤维布和扁钢加固后构架强度和刚度增加,而耗能能力却有所降低;木构架具有非常好的变形能力。扁钢加固适合于强度或刚度明显不足且较隐蔽的榫卯节点,而碳纤维布加固适合于破损程度较小的榫卯节点。

古建筑榫卯节点加固方法振动台试验研究

为保护古建筑,采用振动台试验方法,研究了中国古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法。基于某古建筑的实际尺寸,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,其中梁和柱采用燕尾榫形式连接。分别考虑马口铁、钢构件和CFRP布加固榫卯节点,进行了振动台试验。通过白噪声激励,获得了构架加固前后的基频及阻尼比;通过输入不同加速度峰值的El-Centro波,获得了典型节点的位移响应、加速度响应及减震系数等抗震参数。结果表明,构架加固前后的基频J(钢构件)>J(CFRP布)>J(马口铁)>J(未加固);阻尼比D(未加固)>D(马口铁)>D(钢构件)>D(CFRP布);构架位移响应峰值umax(CFRP布)<umax(钢构件)<umax(马口铁);构架加速度响应峰值amax(钢构件)<amax(CFRP布)<amax(马口铁);减震系数β(钢构件)<β(CFRP布)<β(马口铁)。因此,对于不同的加固方法而言,马口铁最差,CFRP布较好,钢构件最佳。

古建筑直榫节点扁钢与阻尼器加固比较研究

为更好地对古建筑木结构进行抗震加固,基于直榫节点力学模型,以汶川地震中受损的青城山黄帝殿为例,对直榫节点分别采用扁钢和阻尼器加固,对比分析了加固前后结构的自振周期、节点加速度放大系数以及被加固节点相邻杆件的内力.结果表明:2种加固方法均能提高结构的抗震性能,但扁钢加固加大了节点刚度和部分相邻构件的内力,易导致相邻节点拔榫破坏;阻尼器加固可在不增大节点刚度的条件下,减轻结构的地震响应,加固节点的加速度放大系数降低12.8%,加固节点相连杆件的拉力、剪力和弯矩分别平均降低48.3%、40.6%和52.1%,起到了耗能和防止拔榫的作用.

钢构件加固古建筑榫卯节点抗震试验

为探讨古建筑榫卯节点的有效抗震加固方法,提出了一种钢构件加固方法.基于故宫太和殿某开间结构原型,制作了1∶8缩尺比例的木结构空间框架模型,考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架试验进行了3组,加固试验进行了2组.基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标.结果表明:钢构件加固榫卯节点后,节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,加固后的节点仍有较好的耗能能力和延性.因此钢构件具有良好的加固效果.

残损古建筑木结构燕尾榫节点抗震性能试验研究

残损是现存古建筑木结构的普遍状况,显著地降低了结构的抗震性能。为研究残损对燕尾榫节点抗震性能的影响,参照宋《营造法式》殿堂三等材的尺寸要求,制作了3个比例为1∶3.2的燕尾榫节点模型,包括1个完好节点、1个模拟榫头真菌腐朽的残损节点和1个模拟榫头虫蛀的残损节点。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻一定深度的孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对残损节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线和耗能性能进行了研究,分析了残损燕尾榫节点抗震性能的退化规律。结果表明:残损燕尾榫节点的破坏形态与完好节点的破坏形态类似,主要表现为榫头和卯口有明显的挤压变形、榫头沿枋纵向部分拔出,枋柱整体完好,但残损节点的榫头拔出更早、拔出量更大,模拟虫蛀节点有榫角被挤碎;残损燕尾榫节点的滞回曲线也有明显的"捏缩"效应,但滞回环饱满度较差;残损节点的转动弯矩、转动刚度均明显低于完好节点,但耗能能力基本不变化;当两种不同残损类型的残损程度相近时,人工模拟真菌腐朽节点的转动弯矩更高、转动刚度更大。

CFRP加固古建筑榫卯节点振动台试验

为保护古建筑,采用振动台试验方法,研究碳纤维增强塑料(CFRP)加固古建筑榫卯节点的抗震性能。基于某古建筑的实际尺寸,制作了1∶8缩尺比例的古建筑木结构空间框架模型,并考虑榫卯连接为燕尾榫形式,进行了振动台试验。通过白噪声激励,获得了构架的基频及阻尼比;通过输入不同峰值的El-Centro波,获得了构架的动力放大系数、典型节点的位移及加速度响应特征。结果表明:CFRP加固榫卯节点后,构架基频增大,阻尼比减小;在地震波作用下,加固后的构架具有更小的位移及加速度响应,且随着地震波峰值增大,减震效果越明显;此外,在地震波作用较强时,加固构架的动力放大系数明显小于未加固构架的;因此,CFRP加固古建筑榫卯节点具有较好的减震效果。