古建筑榫卯节点抗震加固数值模拟研究
中国古代木结构建筑榫卯节点抗震试验研究
中国古代木结构建筑榫卯节点抗震试验研究中国古代木结构建筑作为中国文化的重要组成部分,在传统建筑学中占有着重要的地位。
作为一种特殊的建筑形式,木结构建筑由于其独特的建筑技术和色彩文化特点,一直备受人们的青睐。
然而,随着中国现代化建筑的进步和发展,传统的木构建筑已经逐渐淡出文化舞台,甚至连古老的建筑技术也面临着越来越多的挑战。
但是,随着近年来地震频发,对于传统建筑的抗震能力也越来越受到关注。
事实上,经过多年的实践,木结构建筑的耐震性得到了良好的验证。
本文通过榫卯节点有关的抗震试验研究,探讨了中国古代木结构建筑的抗震能力。
一、中国古代木结构建筑的历史和发展中国古代的建筑与文化,其历史与悠久的发展经历,对于建筑和文化有着很深远的影响。
古代中国最早的建筑形式,是在青铜器时代出现的建筑单元,这些建筑单元部分使用木材,但没有加工榫卯结构。
而随着时间的推移和中国文化的蓬勃发展,木结构建筑逐渐成为人们所推崇的建筑形式。
中国木结构建筑主要采用拼合的、榫卯连接的方式,切割、加工和安装的逐步完善和发展,使木结构建筑逐渐成为一种工艺技术的结晶。
榫卯连接技术也体现了中国工匠精湛的木材加工技术。
二、木结构建筑榫卯连接技术榫卯连接技术是中国古代木结构建筑的核心技术,它是构造系统的精髓之一。
榫卯连接的技术是指通过将构件上的凸出部分和凹进部分进行精密地加工,并将其恰当地组合在一起,形成一种结构连接方式。
由于这种结构连接方式的设计和加工技能,中国木结构建筑在古代的建筑历史上享有很高的声誉,如“飞檐重檐”、“暗间明窗”等气势恢宏的木构建筑都是采用榫卯连接技术。
三、木结构建筑的抗震能力研究中国古代木结构建筑作为一种特殊的建筑形式,其耐震性一直是人们关注的焦点。
毕竟,地震对于建筑物的威胁是不可忽视的。
经过多年的研究和探索,笔者发现榫卯连接技术是中国木结构建筑具有很好抗震性的因素之一。
在千百年来的实践中,中国木结构建筑的榫卯连接技术被广泛应用于建筑物中,并得到了良好的实证结果。
马口铁加固古建筑榫卯节点抗震试验
态 , 点抗 弯 刚度 很 小 ; 着 节 点 转 角增 大 , 卯相 节 随 榫
向加 载 才能 实现 , 且节 点 转角越 大 , 产生 的塑 性变 形
越大 , 这说 明榫 卯节 点 的恢 复特性 较差 ; 而反 向加载
大 于反映 混凝 土结 构 节点 延 性 的 相对 变 形 值 , 说 这 明 马 口铁 加 固榫 卯节 点后 仍有 较好 的变形 能力 。另
一
[]于业栓 , 建刚 , 3 薛 赵鸿 铁 . 纤 维 j 扁 钢 加 I 筑 棒 卯 点 碳 及 北
抗震性能试验研究l ] 界地震T程 , 0 , ( ) 1 一I . . J 2 82 3 :I 0 4 2 l 7
加 固后
( 第 2组 b)
加 固后
( )第 3组 C
图 8 节 点 A 的 M 一0曲线
F g 8 M 一0c r sf jit i. u v r o e o nA
加 固前 的 M 0曲线主要 有 如下 特征 : 1 滞 回 () 曲线 的形 状 开始 为反 S , 形 随着 节点 转 角增 大 , 状 形
第 4期
周
乾等 : 口铁加 固古建筑榫 卯节点抗震试验 马
2 1
较大 时 明显 。这 是 因 为构 架 侧 移 较 小 时 , 点 转 角 节 很小 , 口铁 尚未 发挥 对节 点 约束作 用 ; 马 随着 构架 侧 移增 大 , 节点 转角 增大 且榫 头从 卯 口拔 出 , 由于马 但 口铁 的嵌 固作 用 , 节点 刚度 增大 , 得榫 头绕 卯 口转 使
动受 到 限制 , 因而所 需外 力 增大 。 因此 , 口铁 加 固 马 节点 的 刚度 和承 载力都 得 到 了提 高 。
榫卯研究报告
榫卯研究报告榫卯研究报告一、研究背景榫卯是一种传统的木工连接方式,通过将零件之间的榫头和卯口互相咬合,形成稳固的连接。
榫卯连接具有结构简单、使用方便、抗震性能好等优点,广泛应用于建筑、家具、船舶等领域。
随着现代科技的发展,榫卯连接方式的研究也不断深入,不仅在连接性能上有所改进,还涌现出一些新的榫卯连接设计。
二、研究目的本报告旨在对榫卯连接方式进行深入研究,探讨榫卯连接的原理、性能以及在不同领域的应用情况,为相关领域的从业者提供参考。
三、研究内容及方法1. 榫卯连接的原理和分类:通过文献研究和资料搜集,总结榫卯连接的基本原理和常见分类方法,并分析各种分类方式的优缺点。
2. 榫卯连接的性能研究:对榫卯连接的抗剪强度、抗压强度、抗拉强度等性能进行实验测试和数值模拟,验证其力学性能,分析榫卯连接的受力机制。
3. 榫卯连接的应用案例:通过对建筑、家具、船舶等领域的实际应用案例进行调研,了解不同领域对榫卯连接的需求和应用情况。
4. 榫卯连接的改进与创新:根据现有榫卯连接的局限性和不足,提出改进和创新的方案,并进行验证和评估。
四、研究结果及分析1. 榫卯连接的原理和分类:榫卯连接原理为榫头和卯口对应配合,通过摩擦力和压力实现连接。
根据连接方式和结构形式,榫卯连接可分为干式榫卯连接和湿式榫卯连接。
2. 榫卯连接的性能研究:榫卯连接的抗剪、抗压、抗拉性能较好,其受力特点为榫头受到剪切力和梁弯矩作用,卯口受到压应力和梁弯矩作用。
通过实验测试和数值模拟,可以进一步优化榫卯连接的设计参数,提高其力学性能。
3. 榫卯连接的应用案例:榫卯连接在建筑、家具、船舶等领域有广泛应用。
例如,在传统建筑中,榫卯连接被用于连接屋檐悬挑、横梁、楼梯等部件,以提高建筑结构的稳定性和抗震性能。
4. 榫卯连接的改进与创新:目前有一些新型的榫卯连接设计,如可拆卸式榫卯连接、榫卯多级连接等,可以进一步提高榫卯连接的可靠性和便利性。
五、结论与展望榫卯连接作为一种传统的木工连接方式,具有许多优点,被广泛应用于各个领域。
抬梁式木构古建榫卯节点受弯破坏数值分析
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
V0 I . 37. No . 2 Ap r .201 5
Ea r t h q ua k e Re s i s t a n t Eng i n e e r i ng a n d Re t r o f i t t i n g
不易产生转动 , 一旦发生转动 , 其 破 坏 的可 能 性 要 大 于 直 榫 节 点 。 [ 关键词 ] 榫 卯节点 ; 弯 曲荷 载 ; 数值模拟 ; 木结 构 ; 抬 梁 式
[ 中 图分 类 号 ] T U 3 6 6 . 2 [ 文献标识码 ] A
Da ma g e Ty p e s o f Te n o n - mo r t i s e J o i n t s o f Ch i n e s e An c i e n t P o s t a n d Li n t e l S t r u c t u r e
un de r Be n di n g Lo a ds b y S i m ul a t i o n
Z h o u Qi a n , Y a h We i . ui r n g 。 ,J i in f . b a o ( 1 .P a l a c e Mu s e u m, B e i j i n g 1 0 0 0 0 9 , C h i n a ; 2 .B e i j i n g K e y L a b o r a t 。 r y o f E a r t h q u a k e
力 峰 值 及 转 角 刚 度 变 化 情 况 。结 果 表 明 : 在弯矩荷载作用下 , 直榫的榫头容 易产生拉 、 压、 剪破坏 , 而 卯 口相 对 不 易 产 生 破 坏 ;
而燕尾榫榫头与卯 口都容易产生拉 、 压剪破坏 , 且破 坏程 度 比直 榫严重 ; 另 一方 面, 燕尾 榫节点 的转 动刚度要 大 于直榫 , 因而
中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
中国古建筑木结构的主要特点之一就是柱和额柄组成的构架以及其他构件之间采用样卯连接。
这种连接方式使得各节点刚柔并济,具有一定的抗弯能力及良好的耗能能力。
但是这种连接方式在水平地震作用下会使木结构出现局部拔桦、节点松脱现象,使得整体或局部构架歪闪倾斜。
因此对古建筑木结构梯卯节点及加固的研究具有极其重要的意义。
这两篇(《中国古建筑木结构样卯节点加固的试验研究》、《碳纤维布及扁钢加固古建筑桦卯节点抗震性能试验研究》)主要探究了燕尾禅在未加固、用碳纤维布加固、用扁钢加固三种情况下构架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能,现总结如下:(1)滞回曲线:滞回曲线形状是构架抗震性能的一个综合表现,滞回环面积越大,表明构架消耗地震能量的能力越强,抗震性能越好。
所有构架的荷载-位移滞回曲线都具有明显的“捏缩”这说明样卯之间在受力的过程中发生了较大的滑移,且滑移量随位移幅值的增加而增大。
这是由于桦卯在受力过程中产生了塑性变形,循环加载过程中桦卯之间留有空隙,要经过一段滑移后才能重新挤压受力)。
扁钢加固的钢架其滞回曲线比未加固构架更为饱满(一方面扁钢自身具有刚度,另一方面扁钢在梯卯未挤压时受到拉力后也能限制样卯的转动)。
CFRP布加固的构架其滞回曲线的饱满度介于未加固构架和扁钢加固构架之间(CF即布在梯卯未挤压时也能限制样卯的转动,但是CFRP布本身不具有)(这个可能是刚度比较小吧,我也不太确定,文献中是这样说的)。
(2)骨架曲线:骨架曲线能够反映构架的极限承载力和变形能力。
从本次试验的结果可以看出:扁钢加固构架的强度和刚度得到了明显的提富,碳纤维布加固构架的强度和刚度也比未加固构架的要大,特别是在水平位移较大时提高幅度更大。
(3)刚度退化:各构架的刚度随着位移的增加而逐步减小,但减小的幅度不是很大,扁钢加固构架刚度较大(扁钢自身具有一定的刚度),未加固构架较小,CFRP布加固的构架居中。
古建筑木结构直榫节点力学模型的研究
第32卷第2期 V ol.32 No.2 工 程 力 学 2015年 2 月 Feb. 2015 ENGINEERING MECHANICS82———————————————收稿日期:2013-08-07;修改日期:2014-05-16基金项目:城市与建筑遗产保护教育部重点实验室开放课题项目(KLUAHC 1008);中国工程院咨询研究项目(2010-ZD-4)通讯作者:潘 毅(1977―),男,重庆人,副教授,博士,博导,主要从事建筑结构抗震与振动控制、工程结构鉴定与加固的研究(E-mail: panyi@).作者简介:王 超(1986―),男,河北人,工程师,硕士,主要从事建筑结构抗震的研究与设计(E-mail: wangchao0301@);唐丽娜(1989―),女,四川人,硕士生,主要从事建筑结构的抗震性能研究(E-mail: tanglina@my. );李玲娇(1988―),女,四川人,硕士生,主要从事建筑结构的抗震性能研究(E-mail: 916188624@).文章编号:1000-4750(2015)02-0082-08古建筑木结构直榫节点力学模型的研究潘 毅1,2,王 超1,3,唐丽娜1,李玲娇1(1. 西南交通大学土木工程学院,四川,成都 610031;2. 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室,四川,成都 610031;3. 中国建筑科学研究院,北京 100013)摘 要:以中国西南地区穿斗式古建筑木结构中常见的直榫节点为研究对象,对其在低周往复荷载作用下的受力机理进行了详细分析,建立了考虑节点拔榫量影响的M-θ力学模型和相应的实现算法,并给出了简化计算公式,最后采用试验数据对该力学模型进行了验证。
结果表明,直榫节点的M-θ力学模型的计算结果与试验曲线吻合良好,可为中国古建筑木结构的抗震性能及加固的研究提供理论基础。
关键词:古建筑木结构;受力机理;榫卯连接;直榫;M-θ力学模型中图分类号:TU366.5 文献标志码:A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0728STUDY ON MECHANICAL MODEL OF STRAIGHT-TENON JOINTS INANCIENT TIMBER STRUCTURESPAN Yi 1,2 , WANG Chao 1,3 , TANG Li-na 1 , LI Ling-jiao 1(1. Department of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China;2. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610031, China;3. China Academy of Building Research, Beijing 100013, China)Abstract: S traight-tenon joints in ancient timber structures in southwestern China using column and tie construction are studied. Their mechanical behavior under low-cycle reversed loading is analyzed in detail, and an M-θ mechanical model considering the effect of pull-tenon capacity of joints is proposed. Experimental data are employed to validate the new mechanical model, and it demonstrates that results from the proposed model are in good agreement with those from experiments. Hence, the proposed mechanical model will definitely play a role in theoretical analyses of the seismic performance and reinforcement of Chinese ancient timber structures. Key words: ancient timber structure; mechanical behavior; mortise-tenon joint; straight tenon; M-θ mechanicalmodal木结构是人类建筑史上应用时间最久的建筑结构之一,已有上千年的历史。
浅谈中国传统古建筑木结构的抗震设计
浅谈中国传统古建筑木结构的抗震设计中国传统古建筑木结构是一种独特的建筑形式,它以木材为主要建筑材料,运用榫卯结构原理,通过木梁、木柱、楼板等构件相互连接而成。
这种建筑形式在中国历史上有着悠久的传统,并具有出色的抗震性能。
本文将从几个方面对中国传统古建筑木结构的抗震设计进行探讨。
首先,中国传统古建筑木结构的抗震设计注重结构的稳定性。
传统古建筑采用的榫卯结构,通过榫卯连接构件,形成整体的结构系统。
这种连接方式可以增加构件之间的相互作用,使得整个建筑结构更加稳定。
同时,木材本身具有一定的柔性和韧性,能够在地震时吸收一部分地震能量,并分散地震作用。
因此,中国传统古建筑木结构的抗震设计在结构形式上注重整体性和稳定性,以提高抗震性能。
其次,中国传统古建筑木结构的抗震设计注重建筑材料的选择。
古建筑采用的木材主要是经过干燥处理的橡木、松木等,这些木材具有较高的抗震性能。
这些木材纹理清晰,密度大,具有一定的韧性和强度,能够更好地抵抗地震作用。
同时,传统古建筑中使用的木材还具有一定的防腐性能,能够保证建筑的使用寿命,并减少地震灾害对建筑的破坏。
再次,中国传统古建筑木结构的抗震设计注重结构的完整性。
传统古建筑中的木构件均为一体化构件,通过榫卯连接而成。
这种构件连接方式使得整个建筑结构形成紧密的网状结构,能够在地震作用下保持相对的完整性,减少局部破坏和倒塌的可能性。
同时,木结构还具有一定的柔性,能够通过位移和变形来分散地震作用,减少地震对建筑的破坏。
最后,中国传统古建筑木结构的抗震设计注重建筑的基础设计。
传统古建筑在进行基础设计时,会采用较为稳固且合理的基础形式,以增加建筑的稳定性和抗震性能。
同时,传统古建筑还会在基础工程中进行一些特殊处理,如增设抗震支撑,增加建筑的抗震能力。
综上所述,中国传统古建筑木结构的抗震设计注重结构的稳定性、材料的选择、结构的完整性和基础设计等方面。
这些设计理念和技术手段使得传统古建筑具有一定的抗震能力,在历史上经历了无数次的地震考验。
木结构古建筑榫卯节点力学模型与抗震加固研究
标题:古建筑榫卯节点力学模型与抗震加固研究1. 引言古建筑是我们宝贵的文化遗产,其中的木结构建筑以其独特的工艺和建筑风格,承载着丰富的历史和文化内涵。
然而,由于受到自然灾害和人为破坏的影响,许多古建筑面临着不同程度的损坏和衰退。
如何有效地保护和抗震加固古建筑,成为了当前的研究热点之一。
本文将从木结构古建筑榫卯节点力学模型和抗震加固方面展开全面的讨论和分析。
2. 木结构古建筑榫卯节点力学模型2.1. 榫卯节点的构造和特点古建筑中的榫卯节点是指通过榫头和卯榫相互咬合,形成稳固的连接点。
这种传统的木结构连接方式具有独特的机械原理和结构特点,经过千百年来的实践检验,展现出了较强的稳定性和承载能力。
在力学模型方面,榫卯节点的设计原理和受力特点是理解木结构古建筑整体稳定性和强度的关键。
2.2. 古建筑榫卯节点的力学模型传统木结构古建筑中的榫卯连接方式呈现出了复杂的力学特性,包括受力分布、应力传递和变形规律等方面的问题。
通过建立榫卯节点的力学模型,我们可以深入理解榫卯连接在外力作用下的响应机制,为后续的抗震加固研究提供理论支撑。
3. 木结构古建筑抗震加固研究3.1. 古建筑抗震加固的必要性由于古建筑的特殊文化价值和结构特点,一旦发生地震等自然灾害,其抗震能力往往十分有限,易受损或倒塌。
进行古建筑的抗震加固研究对于保护这些珍贵的文化遗产至关重要。
3.2. 抗震加固技术的应用与研究针对木结构古建筑的抗震加固技术,现有研究主要集中在结构加固、榫卯节点加固和材料应用等方面。
其中,如何有效地应用榫卯节点的力学特性和设计原理,结合新型材料和加固技术,成为了当前研究的焦点之一。
通过实验和理论模拟,可以验证加固方案的有效性,并为实际工程提供可行方案。
4. 个人观点与总结古建筑榫卯节点力学模型和抗震加固研究是一项具有重要实践意义和深远文化价值的课题。
通过全面的力学模型和抗震加固技术研究,可以有效地保护和传承木结构古建筑的独特魅力和历史内涵。
中国传统木结构榫卯的建构研究
中国传统木结构榫卯的建构研究中国传统的木结构建筑以其独特的风格和精湛的技艺闻名于世。
其中,榫卯结构作为木结构建筑的重要组成部分,不仅体现了古代建筑师的智慧和匠心,也为中国传统建筑文化增添了丰富的内涵。
本文将深入探讨中国传统木结构榫卯的建构研究,以期为相关领域的学者和爱好者提供有益的参考。
榫卯是一种用于连接和固定木结构建筑的独特结构形式。
它通过在木材上加工出特定的凹凸部分,使得两根木材能够精确地咬合在一起,从而达到稳定和承重的效果。
榫卯结构以其耐久性、稳定性和抗震性而备受赞誉,是中国传统木结构建筑的一大特色。
根据不同的建构目的和结构特点,榫卯可分为多种类型。
常见的榫卯结构包括直榫、燕尾榫、弧形榫、格肩榫等。
每种榫卯都有其特定的用途和特点,如直榫适用于简单的连接,燕尾榫则具有较好的抗震性能等。
传统木结构榫卯的建构流程包括选材、加工和组装三个主要步骤。
选择合适的木材,确保其质量和纹理符合要求;通过斧、锯、刨等工具将木材加工成所需的形状和尺寸;进行组装,将各个部分按照设计要求组合在一起,完成榫卯结构的制作。
在传统木结构榫卯建构过程中,有一些技巧和注意事项。
选材方面应选择干燥程度合适、无裂缝、无节疤的优质木材;在加工过程中,要注意保持木材的精度和一致性,以确保榫卯的配合紧密;在组装过程中,应遵循设计图纸,正确安装各个部分,确保结构稳固。
同时,对于不同类型的榫卯,要采取相应的施工方法,充分考虑其特点和用途。
例如,在制作燕尾榫时,要特别注意其角度和尺寸的准确性,以确保其具有良好的抗震性能。
中国传统木结构榫卯作为古代建筑师们的智慧结晶,不仅在建筑美学上有着卓越的表现,更在工程实用上有着不可替代的作用。
通过对榫卯结构的深入研究和探讨,我们可以更好地了解和传承这份宝贵的文化遗产。
随着现代科技的发展和应用,我们可以结合传统工艺和现代技术,进一步发展和创新榫卯结构,为保护和传承中国传统文化,以及推动现代木结构建筑的发展做出贡献。
古木结构榫卯节点抗震性能研究
Science &Technology Vision科技视界科技视界0引言,。
,,[1]。
,。
,。
,,,,,,,。
,,,,,,,。
,。
,,,。
1榫卯节点抗震性能,,,。
,,[3-5]。
,、。
1.1燕尾榫节点,[6]1:3.52,-。
[7],、M -θ(1)。
图1燕尾榫节点M -θ关系曲线,[8]、,、,:古木结构榫卯节点抗震性能研究崔航1*施毕新2丛宇1蓝迪2(1.四川省文物考古研究院,四川成都610041;2.西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳621010)【摘要】榫卯连接是传统木结构极具特色的营造技艺。
榫卯节点“刚柔相济”,具有半刚性的连接特性,使得古木结构具有良好的抗震性能。
文章根据古木结构的震害调研,得到了木结构的地震破坏主要表现为榫卯节点拔榫及构架倾斜,在此基础上,归纳了不同木结构梁柱榫卯节点的抗震性能。
【关键词】古建筑木结构,榫卯节点,抗震性能中图分类号:TU366.2文献标识码:ADOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.10.20※基金项目:四川省科技厅科研院所科技成果转化项目(2021JDZH0036)。
*通信作者:崔航,硕士,研究方向为文物建筑保护技术研究。
建筑与工程64科技视界;,。
[9](2),,,:,。
图2人工模拟虫蛀燕尾榫节点,[10]、, :,,,,、。
[11], :,,。
,,、,、,。
1.2直榫节点,[12],,,,—。
[13],—,。
,[14],。
[15](3),:,,。
图3带雀替的半榫节点木构件模型,[16],,。
[17]、,:,、。
,,。
,,,。
1.3其他榫卯节点,[18],,、、M-θ。
ChangW.S[19]Nuki,,Nuki,。
,[20]、,:,。
[21]、,:建筑与工程65Science&Technology Vision科技视界科技视界,<<,。
,Keita Ogawa[22]。
,,,,。
古建筑榫卯节点抗震性能试验
本 试验 模型 参考 故宫 太和殿 某 开间 的实 际尺 寸 及《 清式 营造 则 例 》 关 规 定 试 件 选 取 2等 材 抬 相 引, 梁 式构 架 的承重 檐 柱和额 枋 , 材料 为东北 红 松 , 制作
侧移 过 大导 致屋 面 板 发生 落 架 , 试验 前 用 吊车将 屋
.
1 试 验 概 况
1 1 试 验模 型 .
造 的勘查结 果 , 出三 次 间屋 顶 的实 际重量 , 求 按相 似 比计 算 得混 凝 土 板 重量 为 1 0 , . 3t 安装 方式 为 浮 放 在柱 顶 。 为增 加屋 面板 与柱顶 之 间 的摩 擦力 , 屋面 板
板底 制作 时尽量 粗糙 。 另外 , 防止试 验过 程 中构 架 为
古 建筑 木 结 构空 间 模 型 为研 究 对象 , 过 低 周 反复 通
加 载试 验 研究 榫 卯 节 点 的抗 震 性 能 , 为古 建 筑保 护
提供 参 考 。
本 试验 的加 载 方 向为 南 北 向 , 应 采用 单 向钢 相
套筒 铰支座模 拟 柱础 , 铰转 动方 向与加 载方 向相 同 。 屋顶 采 用混凝 土 板 模 拟 , 据 对 太和 殿 屋 顶分 层 构 根
文 化 部 科 技 创 新 资 助 项 目( 号 :72 0 )故 宫 博 物 院科 研 基 金 资 助 项 目 ( 编 1 -0 9 ; 编号 : T2 0— ) K 0 74 收 稿 E期 :0 00 .9修 改 稿 收 到 日期 :0 01—7 l 2 1—82 ; 2 1 —21
60 8
振
动 、测
试
与
诊
断
第3 1卷
彗
2
l 2
中国木结构古建筑抗震性能的探讨
中国木结构古建筑抗震性能的探讨中国木结构古建筑是中国古代建筑的重要组成部分,具有悠久的历史和丰富的文化内涵。
由于木材材质的特殊性,木结构古建筑的抗震性能一直备受关注。
本文将从木结构古建筑的特点、抗震原理和现状入手,探讨中国木结构古建筑抗震性能的问题,并提出相应的加固方案,以期为木结构古建筑的保护与传承提供参考。
一、木结构古建筑的特点木结构古建筑是中国古代建筑的重要代表,其主要特点包括结构简洁、工艺精湛、美学价值高等。
通常,木结构古建筑采用榫卯结构,即利用榫头和榫眼等零件将木料连接在一起,形成具有一定强度和稳定性的建筑结构。
木结构古建筑在建筑材料的选择上也有一定的规范,如古建筑中多使用红杉、松木等木材,这些木材具有较好的抗震性能。
木结构古建筑的抗震性能来源于其结构特点和建筑材料的选择。
榫卯结构形成了一种密实的结构体系,能有效地分散地震作用力,提高了整体结构的抗震能力。
选用的木材本身具有一定的韧性和弹性,可以吸收地震能量,减小震动对建筑结构的破坏。
木结构古建筑在施工过程中还有许多细节处理,如斜撑、榫卯结构的精准连接等,这些都是提高其抗震性能的重要因素。
随着地震活动的频繁,木结构古建筑的抗震性能也受到了挑战。
一方面,部分木结构古建筑由于年代久远,建筑结构出现了老化、腐蚀等问题,抗震性能大大降低;一些木结构古建筑在现代社会中承受了更多的人为和自然灾害,加剧了其抗震性能的破坏。
根据中国地震局的统计数据,中国自1949年以来,平均每年发生地震次数为约2000次,这也加大了木结构古建筑抗震性能的要求。
保护和维护木结构古建筑的抗震性能,成为了当前亟需解决的问题。
四、木结构古建筑抗震性能的加固方案1. 结构加固:对古建筑的榫卯结构进行细部加固,主要包括增加斜撑、改善节点连接以及提高结构整体的稳定性。
2. 材料处理:对古建筑使用的木材进行处理,主要包括防腐、防虫等处理,延长木材的使用寿命。
3. 防震设施安装:在古建筑内部安装地震感应器、减震器等设施,及时发现并减小地震对古建筑的损害。
营造技艺:古建筑榫卯抗震性能研究进展
营造技艺:古建筑榫卯抗震性能研究进展引言中国木结构古代建筑因其独特的建筑形式与结构性能而著称于世,并影响了日本、韩国和越南等临近国家,是中华乃至世界文明的重要组成部分。
经过不断的发展和演变,不同时期对木结构古建筑各组成部分的构造、尺度等都有相对成熟的规定,如宋代的《营造法式》,清代的《工程做法则例》和成书于民国时期的《营造法原》等等。
以上不同时期工程做法之间既有继承,又有发展,体现了安全与美观的结合。
但由于科技水平的限制,对于各种结构做法,并没有一个从现代力学角度出发的科学阐释。
我国木结构古代建筑的一个重要特征在于结构构架采用榫卯连接。
所谓榫卯连接是将梁端做成榫头形式,将柱身做成卯口形式,将榫头插入卯口中,从而形成的一种凹凸结合的特殊连接体系[1]。
一般认为,这种构件的连接方式,使得中国传统的木结构建筑成为超越了当代建筑排架、框架或者钢架的特殊柔性结构体,不但可以承受较大的荷载,而且允许产生一定的变形,在地震荷载下通过变形吸收地震能量,减小结构的地震响应[2 -5]。
随着使用年限的增长,现存木结构古代建筑中木材材性不断退化,各种自然和人为因素也降低了节点的力学性能[6 -9],威胁结构的安全。
因此,开展榫卯节点抗震性能研究,对于准确分析中国木结构古代建筑结构的抗震性能,提出科学合理的保护措施具有十分重要的意义。
近20年来,工程结构和力学专家结合对具体古建筑的抢修工程,将现代试验检测方法,力学理论和数值分析方法引入到木结构古建筑研究中,开展榫卯节点力学行为和结构抗震性能分析,使古建筑结构研究进入了一个新的阶段。
本文将对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行梳理,并对其未来的发展方向进行讨论。
1木结构古建筑榫卯节点的低周往复加载试验研究古建筑榫卯连接有多种形式,形态各异,其种类划分不仅与榫卯的功能有关,还与木构件所处的位置,构件之间的组合角度,结合方式等有直接关系。
如柱根、童柱、瓜柱与梁架相交部位采用的管脚榫;额枋、顺梁、金枋等与柱相交部位采用的燕尾榫;梁、柱相交部位采用的馒头榫;以及透榫、半榫、十字卡腰榫、十字刻半榫等等。
古建木结构建筑榫卯及构架力学性能与抗震研究
西安建筑科技大学
硕士学位论文
古建木结构建筑榫卯及构架力学性能与抗震研究
姓名:罗勇
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:赵鸿铁
20060601
步骤2:加载且得到解
定义分析类型和选项,指定载荷步选项,开始有限元求解。
非线性求解经常要求多个载荷增量,且总是需要平衡迭代,它不同于线性求解。
步骤3:考察结果
来自非线性静态分析的结果主要由位移,应力,应变,以及反作用力组成.可以用POSTI(通用后处理器),或者用POST26(时间历程后处理器),来考察这些结果。
向A16面施加弯矩后,模型变形及应力分布见图2.8~2.14所示:
图2.8榫卵相对转动变形图
图2.9卵口变形图
图2.10卯口应力云图
图2.11榫头摩擦力分布图
图2.12榫头受拉应力云图
西安建筑科技大学硕士论文
图2.13榫头挤压变形云图
图2.14卯口受剪应力云图
对面A16施加水平位移时,得到计算结果如图2.15—2.18,榫卵节点的弯矩与位移关系示于图2.19。
图2.15榫卯相对脱开变形图
西安建筑科技大学硕士论文16
图2.16榫卵脱开时节点横纹位移图
图2.17榫卯脱开时节点横纹位移图
图2.18榫卯米泽斯应力云图。
古建筑木结构带雀替榫卯节点力学性能与加固试验研究
古建筑木结构带雀替榫卯节点力学性能与加固试验研究以木结构为主的中国古建筑作为历史璀璨文明的重要见证,在世界建筑体系上可谓独树一帜。
古建筑历史悠久,结构繁杂,经历了数百年仍能屹立不倒,证明了其优良的抗震性能。
但目前许多现存木结构古建筑由于自然灾害、岁月侵蚀等因素导致不同程度的结构破坏,甚至面临倒塌的危险。
我国古建筑大木结构之间的连接方式以榫卯连接为主,再加以雀替等辅助力学构件,使得节点具有较好的抗震耗能效果。
本文遵循古建筑“整旧如旧”的维护加固原则,应用现代技术手段对木结构榫卯节点力学性能、减震机理等进行研究,掌握其规律,找到科学环保合理的加固方法。
通过对四个带雀替榫卯节点的木构架模型进行低周往复荷载试验,得到了透榫节点的破坏形态、弯矩和转角之间的滞回曲线和骨架曲线、节点刚度退化规律和延性系数,并拟合出反映一般规律的弯矩转角关系公式。
试验表明:透榫节点的主要破坏形式以拔榫破坏为主,且在榫根处发生弯曲破坏,榫根处顺纹受拉面木纤维撕裂,榫头和卯口产生一定的塑性变形;节点滞回曲线形状均为反Z形,具有明显的捏拢效果。
节点刚度和耗能性能随着塑性变形增大和拔榫滑移量增大而逐渐降低。
利用ABAQUS软件对试验榫卯节点进行有限元仿真模拟,得到仿真节点有限元模型的变形图、应力分布云图、弯矩转角之间的骨架曲线、刚度退化曲线。
将试验结果与有限元分析结果进行对比分析,验证了仿真模型的可行性和拟静力试验分析结果的准确性。
在榫卯节点力学试验和仿真模拟的分析基础上,对四个有损的带雀替榫卯节点木构架进行碳纤维布加固。
通过拟静力试验得到加固后榫卯节点的弯矩转角滞回曲线、弯矩转角骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及加固后的弯矩转角拟合关系。
通过加固前后的试验结果对比分析,得出碳纤维布对榫卯节点具有较好的加固效果。
中国古建筑木结构榫卯节点抗震性能研究的开题报告
中国古建筑木结构榫卯节点抗震性能研究的开题报
告
一、选题背景
随着人们的生活水平的提高和文化的传承,中国古建筑作为我国历史文化的重要载体被越来越多地重视。
然而,由于古建筑木结构榫卯节点抗震性能的脆弱性和易损性,一些老旧古建筑经常遭受地震破坏。
二、研究内容
本文主要通过理论分析和实验研究的方式,探究中国古建筑木结构榫卯节点的抗震性能状况,寻找优化节点抗震性能的方法。
三、研究意义
通过对古建筑木结构榫卯节点的抗震性能研究,可以对古建筑的保护和修缮起到重要的指导作用,同时也可以为现代建筑的设计和建造提供借鉴和参考。
四、研究方法和实施步骤
1. 通过文献研究和案例分析,总结现有的古建筑木结构榫卯节点抗震性能相关的理论和实验研究成果。
2. 进行古建筑木结构榫卯节点的抗震性能优化设计,比较不同设计的抗震性能差异。
3. 利用数值模拟方法,对不同的抗震设计进行仿真计算和分析。
4. 进行实验室模型试验,验证数值模拟结果的准确性和有效性。
5. 以实验结果为依据,撰写研究报告和论文。
五、预期成果
本研究将得出古建筑木结构榫卯节点的抗震性能特征和关键影响因素,并提出优化设计方案,具有一定的理论和实用价值。
同时,本研究成果也可为其他古建筑文物的修缮保护和现代建筑的设计提供参考和借鉴。
古建筑榫卯节点抗震加固试验
于 马 口铁 。
CFRP布加固榫卯节点M-θ滞回曲线定性分析
CFRP布加固榫卯节点M-θ滞回曲线定性分析榫卯连接是我国古建筑木结构梁柱构件连接的主要方式。
地震作用下,位于梁端的榫头与位于柱顶的卯口会产生相对转动和摩擦,并可耗散部分地震能量。
然而,榫头与卯口在相对运动过程中,会产生拔榫问题(部分榫头从卯口拔出),对结构整体稳定性构成威胁[1]。
榫卯节点的力学性能与加固方法是古建筑抗震性能的重要组成部分,部分学者亦开展了相关研究,近年来的主要成果主要侧重于榫卯节点的数值模拟、残损现状调查及节点本身抗震性能研究。
如周乾等[2]采用数值模拟方法,建立了考虑嵌固墙体的太和殿榫卯构架模型,研究了嵌固墙体对古建筑抗震性能的影响。
其中,榫卯节点采用六自由度弹簧单元进行模拟,通过输入刚度参数模拟榫卯节点的动力性能。
该模拟方法形成的分析结果与古建筑震害实际情况接近。
周乾等[3-4]采取调查分析方法,讨论了故宫古建筑梁、柱构件的主要残损问题,认为其残损主要原因之一为梁与柱的榫卯连接方式,使得榫卯节点位置的截面尺寸相对于其它部位薄弱,因而在外力作用下容易产生开裂、变形等问题。
张雷等[5]采用弹性力学的半逆解法,基于均步荷载作用下的简支木梁、铰接木梁、固接木梁的解析解,并引入了考虑榫卯半刚性连接的两个刚度参数,获得了榫卯连接木梁的应力分布的多项式解答。
文自刚等[6]依据能量耗散原理,推导了燕尾榫节点的等效阻尼系数,并利用该系数分析了榫卯连接木结构框架的抗震性能,得出了罕遇地震作用下榫卯连接特征可减小结构整体位移的结论。
Wang H D等[7]采取振动台试验方法,对比研究了考虑榫卯连接的中国传统穿斗式古建筑与现代木结构的抗震性能,建立了二者1∶2缩尺比例模型,基于试验结果,认为前者在减小结构整体加速度响应方面更优。
Yue Z[8]采用低周反复加载试验方法,研究了中国南方典型榫卯节点抗震性能,获得了燕尾榫、十字榫、半榫、馒头榫等榫卯节点的力-变形滞回曲线、刚度特性、恢复力模型等力学参数。
中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
X/e qifo[,lgl Zhao Hongtie 1 Xue Jianyans—Yao Kan2 Sui Yanl (1.Xi’nil University of Architecture and Technolgy,Xi’an 7 1 0055,China; 2.Unit 95022 of Chinese People’S Liberation Army,Shantou 5 15800,China)
第41卷第1期 2 0 0 8年1月
土木工程学报
J0删AL CH巩^CIVIL ENG邛mER矾G
V01.41 Jan.
No.1 2008
中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
谢启芳l赵鸿铁1 .中国人民解放军95022部队,广东汕头515800)
A.D.),three models strengthened with carbon fiber reinforced polymer(CFRP) sheet,and two models strengthened with flat steel.Their behaviors,such锄the failure characteristics,hysteretic ClllWe and skeleton CHIVe。 degeneration of strength and rigidity,deformation and energy dissipation capacity,are analyzed.The results indicate tllat the destructions OCCur at the mortise.tenon ioints rather than in the beams and columns for all of those tested frames.The hysteretic hoop of non.reinforced wooden flame models is apparently different from that of strengthened flame models.The strength and rigidity of the strengthened models are higher than those of the non.reinforced models,whereas their energy dissipation capacities are lower.Wooden flame structures exhibit good deformation performance.nat steel is suitable for the strengthening of hidden mortise-tenon joints,the strength or rigidity of which is not tllat large,whereas CFRP sheet is suitable for mortise—tenon ioints with minor damages. Keywords:Chinese ancient wooden building;mortise—tenon joint;strengthening;CFfuP sheet;flat steel
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su e td d.T ers l h w a trsrn h nn .tesr cu ’ ir t n i mo tbea d i so s sae1s n e at i h ut s o t ta e te g e ig h t tr Svb ai s e s h f t u e o r sa l t r p n e r su d re r e n se e h— u k q a e,S ob b et ss to ge rh a e .T eeo ,te smuainrs t o d a c r t h cu ld ma es mp— Oa t e a l r itsrn a q k s h rfr s oe tu e h i l t u sc u c o dwi tea ta a g y o e l l h
Nu e ia i ua in n te g h n n o rhq a e Reit nc f m rc lSm lto o S r n t e i g f r Ea t u k ssa e o
Te o — ri on s o ce tB i i g n n mo s J i t fAn in u l n t e d
第 8 第 3期 卷
20 10年 6月
水 利 与建 筑 工程 学报
0 ae s u c s a c i c ̄ fW trRe o r e nd Ar ht t e
V0 . 18 No. 3
Jn ., u 201 0
古 建 筑 榫 卯节 点 抗 震 加 固数 值 模 拟 研 究
tm f h t c r,a das rv er a ii f s l t nte etnn m rs it b nh o sf hns o o es u te n l p ei t oyt tt s e i et s e gh nt o - o i j ns yi ok rC iee s t r u o o nh h a b o r h e t eo r o o
dmae yWe cu n er q a e a e h t nte ig m to so eo - rs ons c o igt t ia dmae a g sb n h a at u k sw l a te se gh nn ehd n tn nmot ejit.A cr n y c a g h ls r i d o p l smpo sb eer q a e t scnie d t sr ghn tetn nm rs onsb rn ho s n ho g h u r a y tm yt atu k ,i i o s r o t n e h e o — oiejit yi o k ,ad tru h ten mei h h de et t o c l
明: 在地震作 用下 , 节点在 、 Y向的位移 及加速 度反 应均有 所减 小 , 结构 的变形 响应 明显减 小, 值模 数 拟的结果与结构震 害症 状基 本吻合。采用该方 法进 行古建 筑木结 构榫 卯节点加 固, 结构具 有更稳 定 的
振动形式 。
关 键 词 :木 结 构 ; 震加 固 ; 值 模 拟 ; 卯 节 点 ;中 国 古 建 筑 抗 数 榫 中图 分 类 号 :T 36 2 U 6 . 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :17- 14 (00 0- 0 2- 0 62 142 1 )3 -0 3- 5
周 乾 一 维 明 , ,闫
(. 1北京工业大学 工程抗震 与结构诊治北京市重点实验室 ,北京 10 2 ;2故宫博物 院 , 0 14 . 北京 10 0 ) 00 9
摘 要 :古 建 筑 木 结 构 榫 卯 节 点 的抗 震加 固 方 法 研 究 , 保 护 古 建 筑 工 作 中一 项 非 常 重 要 的 内容 。 该 是 文 以遭 受 汶 川 地 震 的 四 川 省 剑 阁 县 觉 苑寺 大雄 宝殿 为 例 , 据 宝殿 的 典 型 震 害症 状 , 用铁 件 加 固榫 卯 根 采 节 点 的 思 路 , 数 值 模 拟 方 法 , 结 构 加 固前 后 的 动 力 特 性 及 地 震 反 应 状 况 进 行 了 对 比 分 析 。 结 果 表 用 对
Z O i .Y N We. ig H U Qa n A i n m
(. ei e ao t yo at uk ni en n t c rl e ot P le n a n ei 1 B ̄ gKyLbro i n a r fE r qae gn r gadSr t a Rtf ,& h E ei uu r i o thi l i rt y c c U v sy, & g 10 2 ,C i ; . aae su ,& 100 ,C / ) n 0 14 h a 2 P l em n c Mu 00 9 h a n
smuain,t ed n mi h rcesa d e r q a e r so s so h t cu eo d atrsrn te ig ae c mp rd a d i lt o h y a c c aa tr atu k p n e fte sr t r b fr a f t gh n n r o ae n h e u e e n e e n