木結(jié)構(gòu)古建筑榫卯節(jié)點力學模型與抗震加固研究.pdf

1、中國木結(jié)構(gòu)古建筑以其恢弘的氣勢和獨特的結(jié)構(gòu)聞名于世，成為東方建筑結(jié)構(gòu)的代表，是寶貴的文化遺產(chǎn)，并對周邊國家建筑的產(chǎn)生和發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。2008年的汶川特大地震給災區(qū)古建筑帶來了前所未有的劫難，即使是抗震性能較好的木結(jié)構(gòu)古建筑在地震中也出現(xiàn)了不同程度的損毀。其中，榫卯節(jié)點破壞是木結(jié)構(gòu)古建筑常見的震害特征之一。因此，研究榫卯節(jié)點的受力機理以及相應的加固方法，對于更好地保護木結(jié)構(gòu)古建筑，具有重要的理論意義和社會價值。本文通過理論分析，對直

2、榫節(jié)點的力學模型進行了研究，并對采用阻尼器加固榫卯節(jié)點的方法進行了探索。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 首先，詳細分析了直榫節(jié)點在一個加載循環(huán)（正向加載、正向卸載、反向加載和反向卸載）內(nèi)，榫頭及卯口的受力情況，考慮了木材受壓非線性和拔榫量的影響，推導出直榫節(jié)點M-θ理論模型。通過理論分析和matlab編程繪圖表明，該理論模型曲線與相關試驗曲線在極值、發(fā)展趨勢及拐點等各方面均吻合較好;直榫榫頭上下表面對抗彎剛度貢獻最大，而大榫頭端

3、部貢獻很小。通過力學分析和對數(shù)學求解，得到了直榫節(jié)點M-θ理論曲線的各特征點，并給出了簡化計算模型。
　　 其次，在有限元分析中，將榫卯節(jié)點簡化為6個方向的變剛度彈簧，建立相同尺寸分別采用燕尾榫和直榫的柱架，輸入相同的地震波模擬振動臺試驗，當?shù)孛婕铀俣容^小時，二者柱架柱頭動力放大系數(shù)相差不多，而當?shù)孛婕铀俣容^大時，直榫柱架動力放大系數(shù)明顯大于燕尾榫柱架，表明相同尺寸的直榫剛度和承載力均大于燕尾榫，這與相關試驗結(jié)論相符。
　

4、　 然后，分別建立未加固、用扁鋼加固、用CFRP加固和用阻尼器加固榫卯節(jié)點的柱架有限元模型，計算得出柱頭動力放大系數(shù)從大到小依次為扁鋼加固柱架、CFRP加固柱架、未加固柱架和阻尼器加固柱架，說明用扁鋼加固和用CFRP加固榫卯節(jié)點，均在不同程度上增大了節(jié)點剛度，增大了整個結(jié)構(gòu)的動力響應，對結(jié)構(gòu)不利，而用阻尼器加固榫卯節(jié)點，僅對柱架的高階模態(tài)有所影響，并且降低了結(jié)構(gòu)整體動力響應。研究還表明，阻尼器的阻尼取值并非越大越好，而是存在最優(yōu)值。<

5、br>　　 最后，應用本文推導出的直榫節(jié)點M-θ理論曲線，建立青城山黃帝殿的有限元模型，計算表明，由于該結(jié)構(gòu)只有一側(cè)有石墻裙，使得結(jié)構(gòu)剛度不對稱，產(chǎn)生了較強的扭轉(zhuǎn)作用，導致該結(jié)構(gòu)一層角部挑檐梁以及石墻裙附近磚柱與礎石相連處內(nèi)力較大，這與實際震害產(chǎn)生的位置相吻合，將實際情況加固（采用鋼板加固榫卯節(jié)點）和模擬用阻尼器加固榫卯節(jié)點的黃帝殿模型進行了對比，研究表明，現(xiàn)有用鋼板加固榫卯節(jié)點的方法，會導致結(jié)構(gòu)大部分節(jié)點內(nèi)力增加，地震響應增大，加固