本文關(guān)鍵詞：地震作用下木結(jié)構(gòu)古建筑的動力分析　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：木結(jié)構(gòu)古建筑在地震作用下的動力分析是其加固修繕的關(guān)鍵依據(jù)，也是古建筑結(jié)構(gòu)保護亟需解決的難點問題。本文在定性分析木結(jié)構(gòu)古建筑基本結(jié)構(gòu)特性及抗震概念設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，對按照《營造法式》制作的一個單層單開間殿堂結(jié)構(gòu)當心間模型進行了單向地震激勵下的振動臺試驗，定量研究了殿堂結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力特性及地震反應(yīng)特點；基于構(gòu)件的恢復(fù)力特征建立了殿堂結(jié)構(gòu)的空間有限元桿系模型，并進行了有限元動力時程分析；同時提出了綜合考慮柱礎(chǔ)滑移隔震、半剛性榫卯節(jié)點的特性及斗h1層耗能減震性能等木結(jié)構(gòu)古建筑基本結(jié)構(gòu)特點的簡化計算模型；在動力非線性時程分析的基礎(chǔ)上采用IDA方法對其抗倒塌性能進行了研究。本文完成的主要研究工作有： （1）從木結(jié)構(gòu)古建筑的結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)體系布置、結(jié)構(gòu)特殊構(gòu)件和結(jié)構(gòu)措施的使用等方面入手，探討了其抗震概念設(shè)計思想，研究表明：木結(jié)構(gòu)古建筑平面形狀簡單、規(guī)則，柱網(wǎng)布置對稱，平面及豎向剛度均勻，嚴格限制房屋長寬比及高寬比，結(jié)構(gòu)體型的選取符合當前抗震概念設(shè)計原則；柱平置浮擱于礎(chǔ)石之上、構(gòu)件之間采用榫卯連接、斗h1及大質(zhì)量屋蓋的采用使得木結(jié)構(gòu)古建筑成為多重隔震減震的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；“材份制”及“斗口制”等古典模數(shù)設(shè)計方法不僅確保了結(jié)構(gòu)的安全性，而且同時考慮了木材蠕變與松弛對結(jié)構(gòu)性能的不利影響；“側(cè)腳”、“生起”等特殊構(gòu)造做法及柱間斜撐和雀替的使用提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，“抬梁式”屋架是一種“替力梁架”。 （2）對縮尺比為1:3.52的單開間殿堂式木結(jié)構(gòu)模型進行了振動臺試驗，研究了在不同地震激勵作用下柱腳、柱架頂面及屋蓋的相對位移及加速度反應(yīng)特點，分析了結(jié)構(gòu)的動力特性、破壞模式、動力抗側(cè)剛度的變化趨勢及各層次的滯回耗能特點，得到了以下結(jié)論：隨著結(jié)構(gòu)損傷的不斷累積，模型的自振周期及阻尼比隨地震動強度的增加而逐漸增大，其波動范圍分別為T=0.49~0.67s，ζ=2.9%~4.6%；柱腳滑移及榫卯變形具有隔震減震作用，而鋪作層的隔震作用主要取決于地震波頻譜特性及結(jié)構(gòu)自振頻率之間的相對比例關(guān)系；當名義PGA分別為300gal、400gal、600gal、900gal時，柱架的最大側(cè)移角分別為1/70、1/50、1/35、1/21，柱架具有比現(xiàn)代結(jié)構(gòu)更強的變形能力；隨著地震強度的增大，結(jié)構(gòu)整體剛度呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，其波動范圍為0.346~0.028kN/mm；由榫卯節(jié)點連接的柱架側(cè)移變形引起的能量耗散最大，柱腳滑移及鋪作層變形的能耗較小且較為接近。 （3）建立了基于木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)特征及構(gòu)件恢復(fù)力特性的空間桿系有限元模型，提出用正比于單元初始剛度的單元阻尼矩陣[c]_e=2ζ[k]_e/ω代替經(jīng)典的Rayleigh阻尼以模擬古建筑中榫卯及斗h1的阻尼性能，進行了動力非線性時程分析，并與試驗結(jié)果進行了對比，驗證了計算模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上，，對殿堂式木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)動力性能進行了參數(shù)分析，結(jié)果表明：柱腳剛接或者鉸接后結(jié)構(gòu)的整體加速度放大系數(shù)明顯大于原始結(jié)構(gòu)，在一定程度上削弱了木結(jié)構(gòu)古建筑的抗震能力；斗h1的設(shè)置可明顯延長結(jié)構(gòu)的自振周期且具有減震作用，斗h1剛度越大，其耗能減震作用越弱；結(jié)構(gòu)阻尼比的增加可有效降低木結(jié)構(gòu)古建筑的地震反應(yīng)；屋蓋質(zhì)量的增加會延長結(jié)構(gòu)自振周期并增大結(jié)構(gòu)相對位移反應(yīng)，且有助于提高斗h1的耗能減震能力。 （4）提出了可以同時考慮柱腳滑移、榫卯半剛性連接及鋪作層隔震作用的簡化動力計算模型，建立了以水平位移（動力自由度）為未知量的集中質(zhì)量模型并給出了各狀態(tài)下的動力方程及統(tǒng)一表達式，給出了體系嚙合及滑移兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的臨界狀態(tài)判定條件；采用Wilson-θ法對所建立的集中質(zhì)量模型進行彈塑性時程分析，利用MATLAB軟件編制了相應(yīng)的彈塑性程序，并通過計算值與試驗值的對比驗證了程序的可行性。 （5）提出了柱腳滑移倒塌的相對位移判定準則及柱架層間倒塌的最大層間位移角判定準則，采用IDA分析方法對兩種倒塌機制進行了研究，結(jié)果表明：普通地震波作用下木結(jié)構(gòu)古建筑不易出現(xiàn)柱腳滑移倒塌破壞現(xiàn)象；長周期地震波作用下層間倒塌為最可能出現(xiàn)的倒塌機制，長周期地震波的危害性比普通地震波更大。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TU366.2

【參考文獻】

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本文編號：1390496