古代建筑是傳統(tǒng)文化的重要載體,但其年代久遠,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。為了修復和保護具有傳統(tǒng)文化和歷史價值的古建筑木結(jié)構(gòu),需對其受力性能進行系統(tǒng)深入的研究。節(jié)點作為結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié),對整個結(jié)構(gòu)的強度、剛度及延性都具有重要的影響作用。因此,對關(guān)鍵節(jié)點進行受力性能分析,建立適用于結(jié)構(gòu)分析的簡化模型,是準確分析結(jié)構(gòu)整體受力性能和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估的前提。本文主要針對柱腳節(jié)點和透榫節(jié)點的受力性能開展研究,劃分了柱腳節(jié)點和透榫節(jié)點的工作狀態(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)之間的力學模型和考慮縫隙及不對稱性的松動透榫節(jié)點轉(zhuǎn)動彎矩理論模型。通過足尺試驗和數(shù)值模擬,驗證了理論模型的正確性,研究了水平反復荷載作用下柱腳和榫卯節(jié)點的變形特征和應力狀態(tài),并對節(jié)點受力性能進行了參數(shù)分析,提出了參數(shù)影響因子的計算方法,進行了參數(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)點的最敏感參數(shù)是榫高。基于理論模型、數(shù)值模擬和足尺試驗,提出了包括節(jié)點特征狀態(tài)和極限狀態(tài)的平擺浮擱柱腳節(jié)點和松動透榫節(jié)點的等效有限元模型,為古建筑木結(jié)構(gòu)整體模型的建立提供了堅實的技術(shù)儲備。應用能反映節(jié)點運動機理和受力性能的轉(zhuǎn)動彈簧單元和代表梁(枋)、柱的桿單元,建立了一榀構(gòu)架桿系單元模型,提高了計算效率。通過一榀構(gòu)架實體單元模型驗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)點對構(gòu)架受力性能的影響,以及柱腳和榫卯節(jié)點對整體構(gòu)架總彎矩的貢獻。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)評估和保護修繕等提供良好的計算依據(jù)。圖126幅,表15個,參考文獻119篇。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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、??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)??點連接（圖１－２）。節(jié)點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，??與現(xiàn)代的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點完全不同。由節(jié)點的特殊構(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，歷經(jīng)了多次戰(zhàn)爭等人為破壞，??以及材料性能退化，風、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)點損傷累計增加；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??傷隨時間的增長表現(xiàn)出逐漸惡化的趨勢

古建筑木結(jié)構(gòu)的節(jié)點類型多種多樣，其轉(zhuǎn)動剛度不僅與節(jié)點類性及外部荷載有關(guān)，而且與節(jié)點的工作狀態(tài)有關(guān)（陳志勇，２０１１；陳）。節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度對評估古建筑木結(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。在進行整體構(gòu)架析時，需要建立結(jié)構(gòu)整體有限元模型。在建模的過程中，需要用合理來對構(gòu)造形式不同的節(jié)點進行簡化。??柱腳和透榫節(jié)點是組成結(jié)構(gòu)下部柱框?qū)拥年P(guān)鍵節(jié)點，明確節(jié)點的基本古建筑木結(jié)構(gòu)整體力學性能研宄的基礎(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)點為研宂對象，提出能夠描述多種受力狀態(tài)及搖腳節(jié)點和考慮縫隙及不對稱性的透榫節(jié)點理論力學模型�；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)點等效有限元模各節(jié)點的受力性能后，建立一榀構(gòu)架桿系簡化模型，提出科學的、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確地分結(jié)構(gòu)整體受力性能提供堅實的計算依據(jù)，具有重要的研宄價值和工程意

由于木柱與礎(chǔ)石之間沒有工程意義上的連接，在地震、風荷載等反復作用下，??礎(chǔ)石不能限制柱腳的位移，柱腳會滑移或會繞柱腳邊緣轉(zhuǎn)動。目前，國內(nèi)外學者??對柱腳節(jié)點的研宄主要分為柱腳節(jié)點的摩擦滑移、轉(zhuǎn)動性能及節(jié)點簡化三個方面。??在柱腳節(jié)點的摩擦滑移研究方面，張鵬程（２００２）通過實體縮尺模型進行了??振動臺試驗，定量測試了結(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）進行了地震作用下清代九??檁大式殿堂的動力特性研宄，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)架縮尺模型的振動臺試驗，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)的動力反應、破壞形態(tài)、滯回耗能??等動力特性。周乾（２０１０）也通過對故宮神武門進行數(shù)值模擬，采用虛擬激勵法??研宄了柱腳滑移對地震激勵下結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應功率譜的影響，指出柱腳??的摩擦滑移對結(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、位移等動力響應，起到了減震隔振的效??果。此外，學者們也關(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】

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本文編號：2852438