古代建筑具有極高的歷史、文化、藝術(shù)及科學(xué)價(jià)值,是世界文明的重要組成部分。古代建筑建造年代久遠(yuǎn),在不利環(huán)境長時(shí)間的影響下,例如材料性能的退化以及地震、溫度、腐蝕等外部作用,構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的承載能力、穩(wěn)定性和安全性均會(huì)下降,結(jié)構(gòu)安全受到威脅�，F(xiàn)存中國古建筑木結(jié)構(gòu)有一類常見的梁柱節(jié)點(diǎn),這類節(jié)點(diǎn)是由水平構(gòu)件層層疊摞而成,通過木銷定位,以抵抗豎向荷載作用。梁柱節(jié)點(diǎn)的剛度是古建筑木結(jié)構(gòu)分析的重要參數(shù),體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)抵抗變形的能力�，F(xiàn)階段,在荷載作用下,尤其在地震作用下,這類節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能尚不明確。因此,有必要構(gòu)建這類節(jié)點(diǎn)的有限元模型,以便用于評(píng)估古代建筑在荷載作用下的力學(xué)性能。本文研究了中國古建筑木結(jié)構(gòu)疊合梁-柱節(jié)點(diǎn)有限元模型在擬靜力荷載作用的力學(xué)性能,主要的工作成果如下:參考西藏古建筑木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),考慮到節(jié)點(diǎn)任意兩層水平構(gòu)件之間的構(gòu)造相同,從梁柱節(jié)點(diǎn)中選取兩層水平構(gòu)件簡化為雙層懸臂梁體系,分別基于Euler-Bernoulli梁理論和Timoshenko梁理論建立其解析模型。由于雙層懸臂梁模型在荷載作用下接觸面連接件(暗銷)處可能發(fā)生一定范圍的滑移,該解析模型考慮了接觸面上摩擦-滑移-暗銷剪切的影響,并根據(jù)兩層梁之間的摩擦狀態(tài)和暗銷受剪切情況分為4種變形情況。建立的解析模型可用于評(píng)估雙層木梁的剛度,并且,暗銷的滑移-剪切力學(xué)性能對于研究雙層梁體系的力學(xué)機(jī)理具有重大的意義。推導(dǎo)了均布荷載作用在梁上部的雙層梁體系等效梁單元模型。根據(jù)有限元理論,等效梁單元是由上述雙層懸臂梁解析模型在不同荷載作用下的變形推導(dǎo)得到。得到等效梁單元的方法由傳統(tǒng)Euler-Bernoulli梁單元進(jìn)行驗(yàn)證。通過該方法可以不通過試驗(yàn)直接得到具有不同幾何、材料參數(shù)的雙層梁體系。將上述的雙層梁等效梁單元模型擴(kuò)展為求解中國古建筑木結(jié)構(gòu)中含有三層水平構(gòu)件的梁柱節(jié)點(diǎn)有限元模型。對于三層梁體系,可認(rèn)為由多個(gè)雙層梁模型組成,此時(shí)即可利用雙層梁等效梁單元模型進(jìn)行求解。利用拆分前、后水平構(gòu)件在相同荷載作用下的應(yīng)變能和變形分別相等的原則,驗(yàn)證了該方法。再根據(jù)梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)對稱性,由含三層構(gòu)件梁體系模型擴(kuò)展得到該類木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的有限元模型。節(jié)點(diǎn)模型具有接觸面上摩擦-滑移-剪切的高度非線性特點(diǎn)。最后,研究了含三層構(gòu)件梁柱節(jié)點(diǎn)的木框架在擬靜力荷載作用下的變形響應(yīng),以便評(píng)估古建筑木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耗能能力。本文提出的含三層構(gòu)件梁柱節(jié)點(diǎn)有限元模型的構(gòu)建方法具有普遍性,可得到含多層構(gòu)件梁體系的有限元模型。另外,各類模型均分別基于Euler-Bernoulli和Timoshenko梁理論研究的,由此可應(yīng)用至不同跨高比構(gòu)件的結(jié)構(gòu)分析中。因此,本文研究的模型具有較好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
【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】：2018
【中圖分類】：TU366.2
【文章目錄】：
Acknowledgement
摘要
ABSTRACT
Chapter 1 Introduction
    1.1 Background
    1.2 Literature review
        1.2.1 Numerical model of heritage wooden structure
        1.2.2 Beam-column joint in heritage wooden structure
        1.2.3 The two-layer beam system
    1.3 Major contributions
    1.4 Layout of the thesis
Chapter 2 Nonlinear Analytical Model of a Two-layer Euler Wooden Beam
    2.1 Introduction
    2.2 Proposed two-layer beam system based on Euler beam theory
        2.2.1 Fully Sticky Stage
        2.2.2 The Slip Stage
    2.3 Performance of the two-layer cantilever beam under pseudo-staticload
        2.3.1 Case 1 under transverse point load
        2.3.2 Case 2 under bending moment
        2.3.3 Case 3 The hysteretic loop
    2.4 Summary
Chapter 3 Nonlinear Analytical Model of a Two-layer Timoshenko Wooden Beam
    3.1 Introduction
    3.2 Proposed two-layer beam system based on Timoshenko beam theory
        3.2.1 Fully Sticky Stage
        3.2.2 The Slip Stage
    3.3 Performance of the two-layer cantilever beam under pseudo-static load
        3.3.1 Case 1 under transverse point load
        3.3.2 Case 2 under bending moment
        3.3.3 Case 3 The hysteretic loop
    3.4 Summary
Chapter 4 Finite Element Model of the Two-layer Wooden Beam
    4.1 Introduction
    4.2 Proposed two-layer beam finite element model
        4.2.1 The analytical model with fixed left end
        4.2.2 The analytical model with fixed right end
    4.3 Performance of a cantilevered two-layer beam finite element modelunder pseudo-static load
    4.4 Summary
Chapter 5 Finite Element Model of a Three-layer Beam-Column Joint
    5.1 Introduction
    5.2 Proposed finite element model of three-layer joint
    5.3 Verification of the modeling process
        5.3.1 The axial strain energy of Beam b under axial load
        5.3.2 The strain energy of Beam b under vertical load
        5.3.3 The strain energy of Beam b under bending moment
        5.3.4 Conclusion
    5.4 Performance of a cantilevered three-layer beam under pseudo-staticload
    5.5 Performance of a frame with three-layer beam-column FEM under pseudo-static load
    5.6 Summary
Chapter 6 Conclusions and Recommendations
    6.1 Conclusions
    6.2 Recommendations
References
作者簡歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 賀俊筱;古建筑木結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及構(gòu)架受力性能研究[D];北京交通大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2843718