【摘 要】
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木结构是我国古代建筑中的一种重要结构体系,它以木构件为承重骨架,柱与梁之间多使用榫卯节点进行连接。在追求低碳环保的现代背景下,作为绿色建筑的建材,木结构又有机会以不同形式表现建筑。燕尾榫节点在传统木结构中应用广泛,被称为“榫卯之母”,其榫头与卯口之间的互相挤压、摩擦所产生的减震耗能作用使节点具有良好的抗震性能。本文以燕尾榫节点为研究对象,考虑摩擦和嵌压建立有限元模型,采用理论分析结合数值模拟的方法
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木结构是我国古代建筑中的一种重要结构体系,它以木构件为承重骨架,柱与梁之间多使用榫卯节点进行连接。在追求低碳环保的现代背景下,作为绿色建筑的建材,木结构又有机会以不同形式表现建筑。燕尾榫节点在传统木结构中应用广泛,被称为“榫卯之母”,其榫头与卯口之间的互相挤压、摩擦所产生的减震耗能作用使节点具有良好的抗震性能。本文以燕尾榫节点为研究对象,考虑摩擦和嵌压建立有限元模型,采用理论分析结合数值模拟的方法对节点在循环往复荷载作用下的力学性能进行研究。完成的主要工作内容和结论如下:（1）考虑木材的嵌压效应,提出建模时对燕尾榫榫头部位进行分区处理的方法,同时考虑摩擦和嵌压建立燕尾榫节点有限元模型,通过对比有限元分析结果与既有试验结果,验证分区模型的精度。（2）基于分区模型进行考虑榫头形状和尺寸影响的燕尾榫节点有限元分析,研究榫头长度、宽度、高度和“收乍”角度等因素对燕尾榫节点力学性能的影响。结果表明:增大榫头高度和“收乍”角度对提高节点初始刚度和抗弯承载力都十分明显;“收乍”角度较小时,改变“收乍”角度对节点的拔榫量的影响要大于榫头长度改变的影响。（3）设计顶缝、端缝和侧缝模型,对燕尾榫各个榫头与卯口接触面之间的缝隙影响进行研究,结果表明:有侧缝的燕尾榫节点承载能力较差,缝隙所在位置对节点力学性能的降低程度可概括为:侧缝＞端缝≈顶缝。（4）以既有试验研究为参考,利用本文的一系列数值模拟结果,提出燕尾榫节点转动计算模型,考虑木材嵌压效应,推导出燕尾榫节点弯矩-转角理论公式。由于侧面缝隙对节点受力性能的影响很大,实际施工时对侧缝应进行严格控制,所以提出的燕尾榫节点弯矩-转角公式只考虑了端面缝隙;该公式运用新建燕尾榫节点转动计算模型并考虑摩擦和嵌压推导而得,与数值模拟结果高度吻合,且与多个已有试验结果相比正负误差均值在10%以内,建议实际应用时,可将理论计算结果适当折减。
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