留存下來的中國古建筑是歷史記憶、文化發(fā)展、文明進(jìn)步的載體,木結(jié)構(gòu)古建筑是其重要組成部分。得益于其卓越的結(jié)構(gòu)性能,傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)甚至可屹立千年不倒,為中國傳統(tǒng)文化以及古人建筑技術(shù)的研究提供了重要素材。然而,自然環(huán)境的侵蝕、荷載的持續(xù)作用、偶發(fā)災(zāi)害(地震、大風(fēng))等導(dǎo)致現(xiàn)存的古建筑木結(jié)構(gòu)承載性能顯著降低。對這些建筑的修繕加固是使其“延年益壽”的主要途徑,改善或恢復(fù)其抗震性能是修繕加固工作的重要內(nèi)容�？茖W(xué)地研究傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的抗震性能、合理地揭示木結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理是木結(jié)構(gòu)抗震加固的重要前提,也是進(jìn)行木結(jié)構(gòu)修繕工作的重要參考�；诠沤ㄖ窘Y(jié)構(gòu)抗震加固工作的需求,本文在國家自然科學(xué)基金項目(51338001,51278324)的支持下,以中國宋式傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)為研究對象,參照《營造法式》設(shè)計并制作了一個含柱架層和斗拱層的1:2整體木構(gòu)架縮尺模型。對該模型進(jìn)行了六次擬靜力測試,研究了整體木構(gòu)架,柱架層及斗拱層的滯回性能,分析了豎向荷載和加載歷程對木構(gòu)架抗震性能的影響,并從能量角度揭示了此類木結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理。主要研究成果如下:(1)通過初次加載和重復(fù)加載兩個階段的測試,研究了不同豎向荷載下整體木構(gòu)架的滯回特性、變形和承載性能、剛度變化特征及耗能特性,并定量分析了重復(fù)加載導(dǎo)致的木構(gòu)架承載力、剛度和耗能變化。結(jié)果表明,隨著水平位移幅值和木構(gòu)架所經(jīng)歷加載歷程的不同,重復(fù)加載導(dǎo)致木構(gòu)架承載力下降5%-24%,剛度下降1%-36%,耗能下降4%-26%,然而木構(gòu)架的變形和耗能能力不受加載歷程的影響,結(jié)構(gòu)具有良好的承受多次水平荷載作用的能力。(2)基于整體木構(gòu)架的擬靜力測試,分析了斗拱層和柱架層協(xié)同工作時各結(jié)構(gòu)層的滯回特性。研究結(jié)果表明,相對于斗拱層,柱架層承載力和剛度均較低,當(dāng)柱架層已經(jīng)屈服,甚至接近傾覆時,斗拱層仍處于彈性狀態(tài);柱架層對結(jié)構(gòu)耗能起決定性作用,六次測試中木構(gòu)架80%以上的耗能均來自于柱架層;此類木結(jié)構(gòu)的滯回特性可完全反映于柱架層。(3)此類木結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性可用雙線型線性強(qiáng)化彈塑性模型表征,豎向荷載及重復(fù)加載的影響可反映于模型各特征段剛度的差異;木構(gòu)架恢復(fù)力的理論分析表明,柱搖擺及榫卯節(jié)點的彎矩抵抗力是此類木結(jié)構(gòu)恢復(fù)力的主要來源。(4)基于能量轉(zhuǎn)化的木構(gòu)架抗震機(jī)理分析表明,木構(gòu)架位移幅值較小時,輸入結(jié)構(gòu)的能量主要轉(zhuǎn)化為滯回耗能和木構(gòu)件的彈性應(yīng)變能;隨著木構(gòu)架位移幅值增大,重力勢能的存儲對結(jié)構(gòu)抗震的影響越來越顯著,結(jié)構(gòu)在大變形下,60%的輸入能量可轉(zhuǎn)化為重力勢能儲存于木結(jié)構(gòu),極大的減小了木構(gòu)件的損壞。這種能量轉(zhuǎn)化機(jī)制是木結(jié)構(gòu)抵抗多次地震,尤其是大震的重要手段,也是此類木結(jié)構(gòu)耗能能力弱而抗震性能好的重要原因。此外,采用Abaqus有限元軟件對木構(gòu)架抗震機(jī)理的模擬分析與試驗結(jié)果能較好的吻合。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU366.2;TU352.11
【部分圖文】：

（a）未變形 （b）滑移 （c）搖擺 （d）滑移搖擺圖 1-1 水平荷載作用下柱腳變形Fig. 1-1 Deformation of column foot under lateral loads賀俊筱等[19-21]對參照《營造法式》制作的足尺七等材單柱模型的擬靜力測試表明水平反復(fù)荷載作用下木結(jié)構(gòu)柱更易沿柱腳邊緣轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生搖擺（圖 1-2a），并且在測試過程中柱腳未出現(xiàn)滑移現(xiàn)象；木柱的滯回曲線有明顯的捏攏效應(yīng)（圖 1-2b），表明其耗能能力較弱；柱腳節(jié)點具有較大的初始轉(zhuǎn)動剛度，隨著柱頂水平位移增大，其剛度產(chǎn)生明顯退化，說明柱的抗側(cè)移能力隨著變形增大而下降；柱腳恢復(fù)彎矩，轉(zhuǎn)動剛度及柱腳邊緣應(yīng)變均隨豎向荷載的增大而增大，豎向荷載的增大也會增加搖擺過程中柱底的有效受壓面積。賀俊筱等[21]和 Qin 等[22]研究了木結(jié)構(gòu)柱高徑比對其抗側(cè)移能力的影響，結(jié)果表明木結(jié)構(gòu)柱的側(cè)移剛度，耗能能力和極限彎矩抵抗力均隨柱高徑比的增大而降低，但隨著柱變形量的增大，高徑比對其側(cè)移剛度的影響下降。He 等[23]和 Wang 等[24, 25]理論

可分為單向直榫（圖 1-4a），透榫（圖 1-4b），半透榫（圖 1-4水平外荷載作用下，既可以發(fā)生轉(zhuǎn)動，同時轉(zhuǎn)動引起的榫頭產(chǎn)生一定的彎矩抵抗能力，因而榫卯節(jié)點既非鉸結(jié)點，也非性結(jié)點性質(zhì)的連接[26-28]。

直榫連接
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本文編號：2852990