留存下來的中國古建筑是歷史記憶、文化發(fā)展、文明進步的載體,木結構古建筑是其重要組成部分。得益于其卓越的結構性能,傳統(tǒng)木結構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)災害(地震、大風)等導致現(xiàn)存的古建筑木結構承載性能顯著降低。對這些建筑的修繕加固是使其“延年益壽”的主要途徑,改善或恢復其抗震性能是修繕加固工作的重要內容�？茖W地研究傳統(tǒng)木結構的抗震性能、合理地揭示木結構的抗震機理是木結構抗震加固的重要前提,也是進行木結構修繕工作的重要參考。基于古建筑木結構抗震加固工作的需求,本文在國家自然科學基金項目(51338001,51278324)的支持下,以中國宋式傳統(tǒng)木結構為研究對象,參照《營造法式》設計并制作了一個含柱架層和斗拱層的1:2整體木構架縮尺模型。對該模型進行了六次擬靜力測試,研究了整體木構架,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架抗震性能的影響,并從能量角度揭示了此類木結構的抗震機理。主要研究成果如下:(1)通過初次加載和重復加載兩個階段的測試,研究了不同豎向荷載下整體木構架的滯回特性、變形和承載性能、剛度變化特征及耗能特性,并定量分析了重復加載導致的木構架承載力、剛度和耗能變化。結果表明,隨著水平位移幅值和木構架所經歷加載歷程的不同,重復加載導致木構架承載力下降5%-24%,剛度下降1%-36%,耗能下降4%-26%,然而木構架的變形和耗能能力不受加載歷程的影響,結構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)同工作時各結構層的滯回特性。研究結果表明,相對于斗拱層,柱架層承載力和剛度均較低,當柱架層已經屈服,甚至接近傾覆時,斗拱層仍處于彈性狀態(tài);柱架層對結構耗能起決定性作用,六次測試中木構架80%以上的耗能均來自于柱架層;此類木結構的滯回特性可完全反映于柱架層。(3)此類木結構的恢復力特性可用雙線型線性強化彈塑性模型表征,豎向荷載及重復加載的影響可反映于模型各特征段剛度的差異;木構架恢復力的理論分析表明,柱搖擺及榫卯節(jié)點的彎矩抵抗力是此類木結構恢復力的主要來源。(4)基于能量轉化的木構架抗震機理分析表明,木構架位移幅值較小時,輸入結構的能量主要轉化為滯回耗能和木構件的彈性應變能;隨著木構架位移幅值增大,重力勢能的存儲對結構抗震的影響越來越顯著,結構在大變形下,60%的輸入能量可轉化為重力勢能儲存于木結構,極大的減小了木構件的損壞。這種能量轉化機制是木結構抵抗多次地震,尤其是大震的重要手段,也是此類木結構耗能能力弱而抗震性能好的重要原因。此外,采用Abaqus有限元軟件對木構架抗震機理的模擬分析與試驗結果能較好的吻合。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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荷載作用下木結構柱更易沿柱腳邊緣轉動而產生搖擺（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（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動剛度，隨著柱頂水平位移增大，其剛度產生明顯退化，說明柱的抗側移能力隨著變形增大而下降；柱腳恢復彎矩，轉動剛度及柱腳邊緣應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]研究了木結構柱高徑比對其抗側移能力的影響，結果表明木結構柱的側移剛度，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)生轉動，同時轉動引起的榫頭產生一定的彎矩抵抗能力，因而榫卯節(jié)點既非鉸結點，也非性結點性質的連接[26-28]。

直榫連接
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本文編號：2852990