穿斗木结构建筑整体抗震性能分析研究

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在辽阔的乡村,特别是在地震高烈度分布较广的西南地区,尚存在着众多地震隐患较大的穿斗木结构建筑。在经济欠发达的乡村,这些穿斗木结构建筑大多数未经过正式的抗震设计,抗震性能有待提高,对人民财产及生命安全威胁较大,故研究其整体抗震性能有重要的意义。  本文在国家科技支撑计划“不同地区村镇建筑适宜性抗震关键技术研究与示范(2011BAJ08B04)”和国内外研究的基础上,针对穿斗木结构榫卯节点及其整体抗震性能展开了有限元分析,主要内容有:  1.对我国穿斗木结构建筑进行了总结,列举了木结构常见的震害形式及原因。通过调查研究易得出:地震中,榫卯节点损坏比较多,有时候造成房屋损害甚重甚至坍塌。  2.利用ANSYS软件建立了具有实际几何结构、木材各向异性本构关系和摩擦接触关系的穿斗木结构典型榫卯节点的精细化有限元模型,对穿斗木结构典型榫卯节点在低周反复荷载作用下的抗震性能进行精细模拟,对比相关文献的研究结果,有限元结果与相关文献的试验结果基本吻合。  3.研究了榫头长度、宽度、高度、摩擦系数与榫头与卯口之间的间隙对榫卯节点刚度的影响,拟合出了考虑榫长和榫高的刚度折减系数,为以后榫卵节点滞回性能的有限元弹塑性分析建立了基础。  4.依据课题组前期进行的木结构民房缩尺模型振动台试验,利用ANSYS软件推导出的榫卯节点刚度,建立了试验模型整体结构半刚性连接和刚性连接两种精细化有限元模型。通过模态分析,得到了整体结构两种模型的自振频率和振型,而后对整体结构半刚性连接进行时程分析,研究试验模型的整体抗震性能,结果表明,整体结构半刚性连接模型的动力特性与试验结果基本吻合,穿斗木结构具有良好的抗震性能,较好地体现了“以柔克刚”的抗震理念。  本文致力于对已有的研究成果进行改进,提出的榫卯节点在低周反复荷载作用下的计算模型和分析思路,可以为穿斗木结构计算和分析提供有益的参考,为古建筑维修与保护提供理论依据。
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