宋式四柱带枓栱足尺木结构模型滞回性能试验研究与模拟分析

摘要

以往对中国木结构古建筑静力特性的研究均是基于缩尺模型的一次拟静力试验，其不足之处在于无法揭示有着近千年历史、经历若干次地震、带有累积损伤的古建木构的滞回性能退化规律；另外，对木构的尺寸效应和相似关系尚不明确，缩尺模型试验结果的应用有待于深入研究。基于以往的研究成果，本文利用具有中国古建木构典型特征的四柱单层带枓栱足尺试验模型及对应的Abaqus数值模型，通过在三级竖向荷载作用下的两次拟静力试验和数值模拟分析，初步探索了中国古建筑木结构的滞回性能及其退化规律。所得主要成果如下： （1）初步得出了《营造法式》材份制中二等材和七等材间的相似比例计算关系。 （2）推定了古建木构的极限状态由变形控制，结构达到极限状态时，除柱头燕尾榫接头部位，阑额暗销及普拍方等几处出现明显的变形外，构件基本处于弹性受力状态。 （3）结合两次拟静力试验，深入探讨了宋式古建木构的耗能机理：柱脚浮搁为结构自由摇摆提供了前提条件，榫卯连接为结构产生较大的侧移提供了关键的连接构造措施，从而保证了古建木构在产生较大的侧移时构件及连接基本不损伤和破坏，同时又将外界输入的能量主要转换为构件的弹性应变能和结构的重力势能。 （4）根据两次拟静力试验的滞回曲线，系统阐述了古建木构的滞回性能特点：木构的屈服荷载、峰值荷载和极限荷载与竖向荷载存在显著的正相关线性关系，而屈服位移、峰值位移和极限位移仅与柱径有关；结构的侧向刚度随竖向荷载的增大而增加，而随延性系数的增加按幂函数关系退化；古建木构的弹性位移角限值可取1/120，弹塑性位移角限值取1/30。 （5）对比两次拟静力试验结果，明确了具有受荷历史的古建木构滞回性能退化规律。第二次拟静力试验的骨架曲线为二段线性关系，与第一次的三段线性关系不同。 （6）数值模拟所得木构的滞回性能在规律上与试验结果基本一致，但在具体指标的数量上仍有较大的差别。

目录

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究目的

1.2 古建筑木结构研究的历史和现状

1.3 研究内容和方法

1.4 中国古建筑木结构发展和结构构造特点简介

1.5 本章小结

第二章 木材物理力学性质试验

2.1 试件制作

2.2 材性试验仪器及标定

2.3 木材材性试验

2.4 试验结果汇总

2.5 本章小结

第三章 四柱单层抬梁式宋式木结构足尺试验模型设计

3.1 足尺模型柱网及构件尺寸

3.2 足尺模型枓栱和结构的构成及组装

3.3 足尺模型屋盖部分重量计算及材份制相似关系初探

3.4 以屋盖重量为基础的材份制相似关系初探

3.5 本章小结

第四章 四柱足尺模型低周反复滞回性能试验

4.1足尺模型滞回性能试验用传感器介绍

4.2 四柱足尺模型拟静力试验装置系统

4.3 四柱足尺模型试验过程及现象

4.4 第一次拟静力试验的试验结果

4.5 考虑具有受荷历史的滞回性能退化规律

4.6古建木构自复位特性分析

4.7 本章小结

第五章 四柱足尺木构滞回性能数值模拟分析

5.1 Abaqus数值模型及分析参数

5.2 数值模拟主要现象

5.3 数值模拟结果

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的与学位论文相关的科研成果目录

博士学位论文独创性说明