木结构榫卯节点抗震性能及加固研究

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[ 1 7 1 于业栓 , 薛建 阳, 赵鸿铁 . 碳纤维布及扁钢加 固古建 筑榫卯节 点抗震性能试验研 究[ J ] . 世界地 震工程 , 2 0 0 8 ( 3 ) : 1 1 2 -1 1 7 . [ 1 8 】 姚侃 , 赵鸿铁 , 薛建 阳, 等. 古建木结 构榫 卯连接的扁钢加 固试
点: 燕尾榫( 含下落式燕尾榫) 、 半榫 、 十字箍头榫 以及馒头 榫 。 榫
卯连接 方式 , 不但 可以承受较大 的荷载 , 而且允 许产生一定 的变
震性能决定 了整个建筑 的安 全 ] 。 榫卯连接方式可 以使 各节 点刚
柔相济 ,具有一定 的抗 震消能作用 。 有研 究表 明, 榫 卯节点能
节点延性 而言, 3 种材料 的顺序 为: C F R P > ̄ , 钉 >钢箍。 建议对于
小 型木 构 架加 固可采 用 扒钉 ; 对于 中 小型 木 构架 加 固可 采 用 C F RP; 对于 中大 型木构架加 固可采用钢箍。 周乾等[ 1 6 1 还采 用振
载 力计算[ J ] . 工程抗 震与加固改造 , 2 0 1 3 , 3 5 ( 3 ) : 1 2 1 —1 2 4 . [ 1 1 ] 吴洋 , 郭小东 , 许涛. 古建筑燕尾榫节 点破 坏机 理及有限元分 析[ J ] . 低温建筑技术 , 2 0 1 3 , 3 5 ( 1 0 ) : 4 2 - 4 5 .
减轻地 震对结构 的破 坏作 用。 由于它们年代较 长 , 在水平地震作 用下 , 易出现拔榫 , 脱榫, 节点松 动等情况 , 不 利于结构的稳
定和承 裁 。 从 历史性 , 文化性 、 艺术性价 值考 虑 , 开展榫 卯 节点抗 震性 能研 究 , 对 其进 行维修 加 固已是 迫在 眉睫 。
夏宗发 张博 于毅 郭凯 武汉 4 3 0 0 1 9 ) ( 长 江水 利委员会机关服务 中心建 筑工程 中心
摘 要: 中国木 结构古建 筑具 有独特 的结构形 式, 是世 界公认 的三大建筑体 系之一 , 是珍 贵的 文化 资源和 历史文化遗 产 。 结构
构架采 用榫 卯连接是 木结构建 筑的一个重要特征 , 这 种连接 方式使得各 节点刚柔相济 ,具有较好的抗震消能作 用, 能有效地
耗能能力而言 , 3 种材料 的顺序为 : C F R P>钢 箍>扒钉 ; 就加固节
( 1 9 ) : 4 -5 .
[ 8 ]王毅红 , 蒋建飞, 石 坚, 等. 木结构房屋的抗震性 能及保护措施 [ J 】 . 工程抗震与加 固改造, 2 0 0 4 ( 5 ) : 4 7 —5 1 . [ 9 ]宋晓胜 , 苏经宇 , 郭小东, 等. 中国木结构古建筑榫卯连接节点
8 3
工 业 技 术
箍3 种材料对古建筑木构架榫卯节 点进行加 固试验 , 并对加固后 榫 卯节 点M一0 ( 弯矩 一转角) 滞 回曲线、 M一0 均值骨架 曲线 、 耗 能能 力、 刚度退化 和延性 的变化进行分析 。 结果表 明: 就加固节点 承载 力而言 , 3 种材料 的顺序为 : C F R P>钢箍 >扒钉 ; 就加固节点
梁湍做成榫头形式 , 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“ 】 。 共有4种典型榫卯节
与卯反复的张开和 闭合也使得结构刚度不断发生变化, 从而一定 程度上改变 了结 构的动力特性[ 5 ] 。
2 榫卯 节点抗震 性 能研究
在地震作 用下 , 梁柱等构件处于弹性工作状态, 因而节点的抗
关 键词 : 木结构
榫 卯节点
抗震性 能 加 固方法 文献标识码 : A 文章编号 : l 6 7 2 — 3 7 9 l ( 2 o 1 5 ) 0 8 ( b ) 一 0 0 8 3 一 o 2
中图分类号 : T U 3 6
木结 构是建筑史上应用时 间最长的建筑材料 之一 , 结构构架 采用榫卯连接是木结构建筑的一个重要特征。 所谓榫卯连接是将
[ 2 1 ] 徐明刚 , 邱洪兴. 中国古代木结构建筑榫卯节 点抗震试验研究
[ 2 ]淳庆 , 乐 志, 潘建伍 . 中国南 方传统木构建筑典 型榫 卯节点抗 震性 能试验研究[ J ] . 中 国科学 : 技术科学 , 2 0 1 1 , 4 1 ( 9 ) : 1 1 5 3 —
1 1 6 0.
施具有十分 重要的意义 。
验【 J 】 . 哈 尔滨工业大学学报 , 2 0 0 9 ( 1 0 ) : 2 2 0 —2 2 4 .
[ 1 9 ] 周乾 , 闫维明, 李振 宝, 等. 马 口铁加固古建筑榫卯节点抗震试
参 考 文献
[ 1 ]马炳 坚 . 中 国古 建筑 木作 营造技 术[ M] . 北京 : 科学 出版社 ,
在单 向水平加荷 之初 ,榫卯节 点约束弯矩 很小 ,与铰接相
当。 随着水平荷载加大 ,榫 卯才开始 承受 一定的约束弯矩 ,并伴 有相 当的挤压变形 与拔 出滑移[ 7 】 。 采用榫卯进行连接不 仅改变 了
结构 的特性 ,而且在水平 反复荷载作用下 , 榫卯节点 由于榫与 卯 之 间的滑移和限位转动使得节点能发生一定的挤压变形, 形成 良 好的 隔震消能结构 体系 ,相 当于在节 点处安装 了阻尼 器 ,减小 了结构的地震 响应【 8 】 ,房屋将发 生左 右摇 晃而 不会 倒塌。 同时 , 榫
抗震性能研究进展[ J ] . 世界地 震工程 , 2 0 1 4 , 3 0 ( 1 ) : 1 2 — 2 2 . [ 1 0 ] 徐 明刚 , 邱洪兴 , 淳庆 . 碳纤维加 固古建筑木结 构榫 卯节 点承
点刚度退化而言 , 3 种材料 的顺序为 : C F R P> ̄, 钉 >钢箍 ; 就加 固
形, 发挥其“ 柔性” 连接 特征 , 在地 震荷载下通过 变形吸收地震 能
量, 使整个结构 的抗侧移 刚度 降低 , 从而有效地 减轻地震对结 构 的破坏作用口 】 。 由于长期 的风 雨侵 蚀、 地震的破坏 , 大量传统木构
消耗3 0 %左右的地震能量【 “ 】 。 淳庆等 研 究了典型榫卯节点的抗震 性能, 获取了榫卯节 点在水平荷载作用下的破 坏模式 、 滞 回曲线、
对不易产生破 坏 ; 而燕尾榫榫头 与卯 口都会产生破坏 , 且 比直榫 破坏严重 ; 另一方面 , 因为燕尾榫节点 的转动刚度比直榫大 , 所以 不易产生转 动, 但是若发生转 动, 燕尾榫节点的破坏性也大干直 榫节点 。 淳庆等n 3 还研 究了抬梁和穿斗木构体系 中典型榫卯节点
受力性能 , 结果表明 , 就节点耗能能力而言 , 半榫 >馒头 榫>透榫
>瓜柱柱脚直榫。 研 究结 果为抬梁和穿斗木构建筑 的计算分析及
保护修缮提供 了理论基础。 姚侃 “ 研 究 了榫卯的半刚性连接特 性和刚度退 化的规律 。 结果表 明 , 木结构的榫 卯连接 刚度随荷载 变化而 呈非 线性 变化 , 刚度在0 . 3 0 6 2 ~2 3 . 6 0 5 4之 间变化 。
1 51 —1 5 8.
减震效果 。 此外, 采用马 口铁、 扁钢 、 胶入钢筋等方法对 榫卯节点 也有很好 的加 固效 果 , 能有效 阻止结构 榫卯节点的破坏 , 可做为 古建筑木 结构抗震加 固方法 。
[ 1 4 1  ̄ 6 侃, 赵鸿铁 , 葛鸿鹏 . 古建木结构榫 卯连接 特性的试验研究
形成 良好 的隔震消能结构体 系, 相 当于在节 点处安装 了阻尼 器,
减小了结构的地震 响应。 但是随着使 用年限的增长 , 现存木 结构 古建筑 中木材材性 不断退化 , 以及长期 的风雨侵蚀 、 地 震的破坏 和人为 因素 ,大量木构建筑 已出现 损坏 , 从 历史性、 艺 术性 价值 考虑 , 开展榫 卯节 点抗震性能研究 , 对于提 出科学合理的保护措
的抗 震性 J ] . 建筑材料学报 , 2 0 1 3 , 1 6 ( 4 ) : 6 4 9 - 6 5 6 . [ 1 6 1 周乾 , 闫维 明, 纪金豹, 等. C F RP J / N 固古建筑榫 卯节 点振 动台 试 验[ J ] . 广西大学学报 : 自然科学版 , 2 0 1 1 , 3 6 ( 1 ) : 3 7 - 4 4 .
[ 1 2 ] 周乾 , 闫维明 , 纪金豹 . 抬梁式木 构古建榫卯节点受弯破坏数
动 台试验 方法 , 测试 了碳纤 维增 强塑料( C F RP ) J j I I 固后 的榫卯节
点的抗震性能 , 结果表 明, C F R助 Ⅱ 固古建筑榫 卯节 点具有较好的
值 分析[ J ] . 工程抗震与加 固改造 , 2 0 1 5 , 3 7 ( 2 ) : 2 2 — 2 8 . [ 1 3 ] 淳庆 , 吕伟 , 王建 国, 等. 江浙地区抬梁和穿斗木构体系典 型榫 卯节点受力性能[ J ] . 东南大学学报 : 自然科学版 , 2 0 1 5 , 4 5 ( 1 ) :
1 9 9 1 .
验[ J 】 . 文物保 护与考古科学 , 2 0 1 1 , 2 3 ( 4 ) : 1 7 — 2 5 .
【 2 0 ] 谢启芳 , 赵鸿 铁, 薛建 阳, 等. 中国古建筑木结构榫卯节点加 固 的试 验研究[ J ] . 土木工程学报 , 2 0 0 8 , 4 1 ( 1 ) : 2 8 -3 4 .
3 榫 卯 节点 的加 固
当榫卯节点出现拔榫、 脱榫、 松动时会使其承载力及木框架抗 侧刚度明显降低, 最终造 成木框架整体失稳, 因此 , 有必要对其进 行: b  ̄ l a维修。 周乾等 采用扒钉 、 C F R P ( 碳 纤维 增强塑料 布) 和钢
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工业技术
DO I : 1 0 . 1 6 6 6 1 / j . c n k i . 1 6 7 2 -3 7 9 1 . 2 0 1 5 . 2 3 . 0 8 3
百度文库
. 2 0 1 。 5 N O . 。 2 3 l j { 圆
木结构榫 ! ; i I 】 节点抗震性 能及加 固研 究
骨架曲线以及转 角刚度 , 研究结果为传统木构建筑的抗震性能研
建筑 已出现损 坏 , 从 历史性、 艺术性价 值考虑 ,急需 对这些传统
木构建筑 的抗震性 能进行科学研 究 ,为维修和保护 提供科学依
据。
究和修缮加 固提 供 了理论基础 。 周乾等“ ] 采用数值模 拟方法 , 以
直榫和燕尾榫 为例 , 研究 了榫 卯节 点的破坏特征和破坏形式 。 在
4 结语
结构 构架 采用榫卯连接 是木 结构 古建筑 的一个 重要特征 , 这 种半 刚性 的连接方式且具有 一定的抗拉压 、 抗 弯以及抗扭能 力,
[ J ] _ 工程 力学 , 2 0 0 6 , 2 3 ( 1 0 ) : 1 6 8 -1 7 3 . [ 1 5 1 周乾 , 闫维明 , 纪金豹 . 3 种材料加 固古建筑木构架榫卯节 点
弯矩荷载作用 下 , 直榫的榫头 容易产生 拉、 压、 剪破 坏, 卯I Z l 则相
1 木结 构 吉建筑
中国木结构古代建筑具有独特的结构形式 , 是 世界 公认 的三 大建筑 体系之- -[ l , 是历史发展 的见证 和 民族文化兴衰潮 汐之映
射, 也是珍贵 的文 化资源和历史文化遗 产[ 5 】 , 具有 杰出的历史 、 文 化、 艺术和科学价 值。 中国木结构古建筑中 , 结构构件的联结均采 用榫 卯进行连接 , 连接具有半 刚性特征 ,且具 有一定 的抗 拉压 、 抗 弯以及抗扭 能力 1 。
[ J 】 . 建筑结构 学报 , 2 0 1 0 ( ¥ 2 ) : 3 4 5 - 3 4 9 .
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