發(fā)布時(shí)間：2020-10-23 02:35

　　 古代建筑是傳統(tǒng)文化的重要載體,但其年代久遠(yuǎn),歷經(jīng)環(huán)境荷載作用以及人為破壞的影響,伴隨著木材的疲勞腐蝕和材料老化現(xiàn)象,木材、節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的損傷變形增加,結(jié)構(gòu)承載力變?nèi)?結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性降低。為了修復(fù)和保護(hù)具有傳統(tǒng)文化和歷史價(jià)值的古建筑木結(jié)構(gòu),需對(duì)其受力性能進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。節(jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié),對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及延性都具有重要的影響作用。因此,對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力性能分析,建立適用于結(jié)構(gòu)分析的簡化模型,是準(zhǔn)確分析結(jié)構(gòu)整體受力性能和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的前提。本文主要針對(duì)柱腳節(jié)點(diǎn)和透榫節(jié)點(diǎn)的受力性能開展研究,劃分了柱腳節(jié)點(diǎn)和透榫節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài),給出了工作狀態(tài)的判定條件。建立了全工作狀態(tài)下,柱腳剩余彎矩、轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩以及木柱抗側(cè)力與幾何、材料和荷載參數(shù)之間的力學(xué)模型和考慮縫隙及不對(duì)稱性的松動(dòng)透榫節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩理論模型。通過足尺試驗(yàn)和數(shù)值模擬,驗(yàn)證了理論模型的正確性,研究了水平反復(fù)荷載作用下柱腳和榫卯節(jié)點(diǎn)的變形特征和應(yīng)力狀態(tài),并對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行了參數(shù)分析,提出了參數(shù)影響因子的計(jì)算方法,進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析,得到了影響柱腳受力性能的最敏感參數(shù)是豎向荷載,榫卯節(jié)點(diǎn)的最敏感參數(shù)是榫高�；诶碚撃Ｐ�、數(shù)值模擬和足尺試驗(yàn),提出了包括節(jié)點(diǎn)特征狀態(tài)和極限狀態(tài)的平擺浮擱柱腳節(jié)點(diǎn)和松動(dòng)透榫節(jié)點(diǎn)的等效有限元模型,為古建筑木結(jié)構(gòu)整體模型的建立提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備。應(yīng)用能反映節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)理和受力性能的轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧單元和代表梁(枋)、柱的桿單元,建立了一榀構(gòu)架桿系單元模型,提高了計(jì)算效率。通過一榀構(gòu)架實(shí)體單元模型驗(yàn)證了桿系模型的正確性,分析了一榀構(gòu)架的抗側(cè)能力和極限狀態(tài),剛接、鉸接和半剛接節(jié)點(diǎn)對(duì)構(gòu)架受力性能的影響,以及柱腳和榫卯節(jié)點(diǎn)對(duì)整體構(gòu)架總彎矩的貢獻(xiàn)。研究成果可為古建筑木結(jié)構(gòu)整體受力性能分析、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估和保護(hù)修繕等提供良好的計(jì)算依據(jù)。圖126幅,表15個(gè),參考文獻(xiàn)119篇。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU366.2
【部分圖文】：

中國古建筑木結(jié)構(gòu)主要由承托屋面的屋蓋梁架、承重和抗側(cè)的木構(gòu)架和圍護(hù)、??隔斷的墻體構(gòu)成。木構(gòu)架的典型特征是梁、枋和柱等構(gòu)件由榫卯、斗拱和柱腳節(jié)??點(diǎn)連接（圖１－２）。節(jié)點(diǎn)的連接方式是將連接處構(gòu)件的截面削弱，梁端形成榫頭，??柱身做成卯口的樣式，將梁端榫頭插入柱身卯口中，形成圖１－３所示的插接節(jié)點(diǎn)，??與現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)完全不同。由節(jié)點(diǎn)的特殊構(gòu)造可知，構(gòu)件截面??較富余，安全冗余度較高，但節(jié)點(diǎn)處存在截面削弱，成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，較易??發(fā)生破壞；此外，古建筑木結(jié)構(gòu)建造年代較久遠(yuǎn)，歷經(jīng)了多次戰(zhàn)爭(zhēng)等人為破壞，??以及材料性能退化，風(fēng)、雪和溫度等自然荷載，地震、洪澇等偶然荷載的外部作??用后，古建筑木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損傷累計(jì)增加；并且，許多古建筑近年來還承受著以前??較小或較少但日益增加的人群荷載和交通荷載，造成了既有損傷的累積，這些損??傷隨時(shí)間的增長表現(xiàn)出逐漸惡化的趨勢(shì)

古建筑木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)類型多種多樣，其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度不僅與節(jié)點(diǎn)類性及外部荷載有關(guān)，而且與節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)有關(guān)（陳志勇，２０１１；陳）。節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)評(píng)估古建筑木結(jié)構(gòu)整體構(gòu)架的受力性能，尤其是下的耗能能力、極限荷載和極限位移等有重要影響。在進(jìn)行整體構(gòu)架析時(shí)，需要建立結(jié)構(gòu)整體有限元模型。在建模的過程中，需要用合理來對(duì)構(gòu)造形式不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡化。??柱腳和透榫節(jié)點(diǎn)是組成結(jié)構(gòu)下部柱框?qū)拥年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，明確節(jié)點(diǎn)的基本古建筑木結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能研宄的基礎(chǔ)。因此，本文以柱腳和透榫節(jié)筑木結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為研宂對(duì)象，提出能夠描述多種受力狀態(tài)及搖腳節(jié)點(diǎn)和考慮縫隙及不對(duì)稱性的透榫節(jié)點(diǎn)理論力學(xué)模型�；谌ぷ鞯睦碚撃Ｐ�，建立適用于結(jié)構(gòu)整體受力性能分析的節(jié)點(diǎn)等效有限元模各節(jié)點(diǎn)的受力性能后，建立一榀構(gòu)架桿系簡化模型，提出科學(xué)的、合普適性的古建筑木結(jié)構(gòu)構(gòu)架建模方法。本文的研宄成果可為準(zhǔn)確地分結(jié)構(gòu)整體受力性能提供堅(jiān)實(shí)的計(jì)算依據(jù)，具有重要的研宄價(jià)值和工程意

由于木柱與礎(chǔ)石之間沒有工程意義上的連接，在地震、風(fēng)荷載等反復(fù)作用下，??礎(chǔ)石不能限制柱腳的位移，柱腳會(huì)滑移或會(huì)繞柱腳邊緣轉(zhuǎn)動(dòng)。目前，國內(nèi)外學(xué)者??對(duì)柱腳節(jié)點(diǎn)的研宄主要分為柱腳節(jié)點(diǎn)的摩擦滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)性能及節(jié)點(diǎn)簡化三個(gè)方面。??在柱腳節(jié)點(diǎn)的摩擦滑移研究方面，張鵬程（２００２）通過實(shí)體縮尺模型進(jìn)行了??振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，定量測(cè)試了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的位移、變形和耗能等，指出柱礎(chǔ)間斷離??浮置、摩擦滑移能耗散部分地震能量；李小偉（２００９）進(jìn)行了地震作用下清代九??檁大式殿堂的動(dòng)力特性研宄，指出柱腳的摩擦、耗能等作用能有效提高結(jié)構(gòu)的抗??震能力；隨后，隋龔和趙鴻鐵（２０１０）通過木構(gòu)架縮尺模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，關(guān)注??了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的位移及加速度，分析了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)、破壞形態(tài)、滯回耗能??等動(dòng)力特性。周乾（２０１０）也通過對(duì)故宮神武門進(jìn)行數(shù)值模擬，采用虛擬激勵(lì)法??研宄了柱腳滑移對(duì)地震激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)功率譜的影響，指出柱腳??的摩擦滑移對(duì)結(jié)構(gòu)的耗能、隔振抗震具有顯著的優(yōu)化效果。上述研宄主要關(guān)注了??柱腳的減震隔振作用，基本揭示了柱腳滑移能有效減小地震傳到結(jié)構(gòu)上部的力和??彎矩，減弱結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度、位移等動(dòng)力響應(yīng)，起到了減震隔振的效??果。此外，學(xué)者們也關(guān)注了柱腳的摩擦系數(shù)和滑移特性等。張鵬程（２００３）通過??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高延安;楊慶山;王娟;秦敬偉;;環(huán)境激勵(lì)下古建筑飛云樓動(dòng)力性能分析[J];振動(dòng)與沖擊;2015年22期

2 高永林;陶忠;葉燎原;王丹;張聯(lián)霞;;傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)典型榫卯節(jié)點(diǎn)基于摩擦機(jī)理特性的低周反復(fù)加載試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2015年10期

3 潘毅;王超;唐麗娜;李玲嬌;;古建筑木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點(diǎn)力學(xué)模型的研究[J];工程力學(xué);2015年02期

4 謝啟芳;鄭培君;向偉;崔雅珍;張風(fēng)亮;;殘損古建筑木結(jié)構(gòu)單向直榫榫卯節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年11期

5 周乾;閆維明;關(guān)宏志;紀(jì)金豹;;罕遇地震作用下故宮太和殿抗震性能研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年S1期

6 張風(fēng)亮;趙鴻鐵;薛建陽;謝啟芳;隋;羅崢;;基于搖擺柱原理的古建筑木結(jié)構(gòu)柱架抗側(cè)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證[J];工業(yè)建筑;2013年10期

7 王林安;侯衛(wèi)東;永昕群;;應(yīng)縣木塔結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)分析研究綜述[J];中國文物科學(xué)研究;2012年03期

8 趙鴻鐵;張風(fēng)亮;薛建陽;謝啟芳;張錫成;馬輝;;古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能研究綜述[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2012年08期

9 周乾;閆維明;李振寶;張博;;古建筑榫卯節(jié)點(diǎn)加固方法振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J];四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版);2011年06期

10 淳慶;樂志;潘建伍;;中國南方傳統(tǒng)木構(gòu)建筑典型榫卯節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2011年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 曹璞琳;藏式古建筑木結(jié)構(gòu)疊合梁—柱節(jié)點(diǎn)的受力性能研究[D];北京交通大學(xué);2018年

2 戴璐;人群荷載作用下藏式古建結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析與振動(dòng)評(píng)估[D];北京交通大學(xué);2017年

3 陳春超;古建筑木結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能分析和安全性評(píng)價(jià)[D];東南大學(xué);2016年

4 張風(fēng)亮;中國古建筑木結(jié)構(gòu)加固及其性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

5 陳志勇;應(yīng)縣木塔典型節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)受力性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

6 高大峰;中國木結(jié)構(gòu)古建筑的結(jié)構(gòu)及其抗震性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2007年

7 張鵬程;中國古代木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)及其抗震發(fā)展研究[D];西安建筑科技大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 唐麗娜;古建筑木結(jié)構(gòu)柱礎(chǔ)連接力學(xué)模型與減震加固的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

2 秦良彬;基于木材嵌壓理論的典型穿斗木構(gòu)架節(jié)點(diǎn)靜力特性研究[D];昆明理工大學(xué);2012年

3 武國芳;應(yīng)縣木塔柱架節(jié)點(diǎn)受力性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 張風(fēng)亮;中國木結(jié)構(gòu)古建筑屋蓋梁架體系力學(xué)性能研究[D];西安建筑科技大學(xué);2011年

5 王俊鑫;榫卯連接木結(jié)構(gòu)的靜力與動(dòng)力分析研究[D];昆明理工大學(xué);2008年

6 盤錦章;中國木結(jié)構(gòu)古建筑抗震機(jī)理分析[D];同濟(jì)大學(xué);2008年

7 羅勇;古建木結(jié)構(gòu)建筑榫卯及構(gòu)架力學(xué)性能與抗震研究[D];西安建筑科技大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2852438