损伤对木结构单向直榫节点抗震性能影响的研究

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我国现存木结构古建筑饱经沧桑,遭遇各种自然因素与人为因素作用,木结构工作性能退化严重。作为传统木构建筑连接与传力关键部位的榫卯节点也不例外,绝大多数也已产生严重变形与损伤,导致古木结构建筑的结构安全性大幅降低。然而,有关各类损伤对榫卯节点工作性能影响的定量研究成果尚不多见。有鉴于此,本课题研究以樟子松直榫节点为研究对象,开展损伤对直榫节点抗震性能影响的研究,主要内容如下:  (1)对既有古建木构连接节点的损伤状况进行调研,分析了木构直榫节点受力特征、破坏形式与节点损伤成因,结合试验研究目标与测试内容的需要,通过改变卯口尺寸,控制卯口受压区宽度和榫头与卯口间缝隙,模拟榫卯节点的变形损伤,研制了“开放附加约束”式缩尺直樟木节点试件,既可模拟不同程度变形损伤与反映节点各部位受力特点,又方便采集试验数据。  (2)对典型水平加载试验装置的工作特点与试件附加荷载特征进行分析研究,基于平行杆原理,在被加载构件两侧安装一对平行链杆,通过加载索对构件施加低周往复水平力,极大地减少了典型水平加载试验装置对试件所产生的附加应力。鉴于木结构节点试件承载力较小,改进后的加载装置,荷载步小、精度高,为取得理想的测试数据成果打下了良好的基础。  (3)按照标准试验方法对试件所用木材进行了材性试验,得到木材的顺纹抗压强度、横纹抗压强度、弹模、摩擦系数等物理力学性能参数;对23组单向直榫节点试件进行低周往复加载试验,得到不同损伤程度下直榫节点的卯口和榫头的应力分布特征、M-θ滞回曲线、以及损伤直榫节点的破坏形态。通过静力平衡分析,建立了不同损伤条件下单向直榫节点各内力关系式。通过对M-θ滞回曲线的进一步分析,得到了单向直榫节点的M-θ骨架曲线、刚度退化曲线、等效黏滞阻尼曲线,根据损伤单向直榫节点在弹性阶段的骨架曲线,拟合出损伤节点的弯矩转角关系式。通过试验研究与数值模拟结果的对比分析,进一步分析了损伤木节点抗震性能。  本课题研究成果对于研究榫卯节点的变形损伤进行了积极有益的探索,但是由于试验条件和理论的局限性,在榫卯节点试件的人工模拟损伤与实际木节点变形损伤的相似关系处理等方面,尚需要进一步探索研究。
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