宋式六等材双跨木构架抗震性能分析

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中国古代木结构建筑有着精美绝伦的外观、丰富多样的组合形式以及良好的抗震性能,木结构建筑更是在中华民族文化传承中有不可替代的作用。本文根据《营造法式》对木构架尺寸规定,利用有限元分析软件Abaqus建立六等材在三级配重下带斗拱和无斗拱的双跨模型进行分析。通过研究古代木结构建筑能量耗散机理和斗拱对抗震性能的影响,可以更好地保护古建筑,并且对现代建筑结构起到鉴戒作用。
  对双跨无斗拱木构架和双跨带斗拱木构架分别进行拟静力模拟分析后得到相应的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线,并且通过分析得到输入总能量的转化情况。竖向配重越大的木构架在加载初期刚度退化速度越快,最终保持稳定。输入木构架的总能量主要有三个转化方式:滞回耗能、弹性变形能以及木构架竖向抬升的重力势能。通过比较论证发现,在加载初期木构架滞回耗能占比很小,能量主要转化为重力势能和弹性变形能,在加载后期木构架在塑性形变和抬升作用下,能量占比主要集中在滞回耗能和重力势能。
  通过比较两种结构在静力加载下的能量转化和耗散,可以得出,在加载初期,带斗拱木构架弹性变形能和滞回耗能之和占比率比无斗拱木构架要大,说明在小位移下,斗拱内部具有类似于弹簧作用耗散能力,在大位移下,卯榫之间会发生适量偏移,因此斗拱可提高木构架的抗震能力。
  对双跨木构架模型施加不同频率的简谐波得出自振周期,选取特征周期在木构架范围内的天津波进行时程分析。提取各模型柱顶柱底相对位移时程曲线和关键点加速度时程曲线,比较分析后得出:竖向配重越大的木构架自振周期越长,柱顶铺作层在地震发生时产生抗震作用,带斗拱木构架抗震性能更好。
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