带填充墙穿斗式木结构抗震性能试验研究

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穿斗式木结构是我国传统木结构建筑的一种主要形式。与抬梁式木结构具有大构件、大柱距的特征不同,采用穿斗式木结构的建筑构件截面尺寸较小、节点形式简单,具有施工方便、经济性好的优势,因此时至今日,穿斗式木结构依然广泛用于我国南方村镇民居中。在对我国村镇民居的调研和实地考察中发现,木板填充墙与砌体填充墙是穿斗式木结构建筑中两种主要的填充墙形式。目前,国内外针对中国传统木结构抗震性能的研究中,对于带填充墙穿斗式木结构的研究还不全面。因此,本研究通过现场调研以及文献整理,以现存穿斗式木结构民居中典型的木板填充墙和砌体填充墙为主要填充墙体形式,开展了七榀带填充墙穿斗式木构架试件的拟静力试验,并在此基础上建立相应的有限元模型,开展参数化分析,最终提出理论模型和计算方法。通过试验研究,得到七榀试件的破坏机制、滞回与骨架曲线、刚度与强度退化、延性和耗能等抗震性能指标。结果表明,填充墙有效提升了试件的承载能力和水平抗侧刚度,以及试件能量耗散能力。对于带木板填充墙试件,横拼墙板试件中,墙板的平面外位移更加明显;加固木板板可以限制墙板的平面外变形。对于带砌体填充墙试件,受力可分为三个阶段:弹性变形阶段、底部裂缝发展阶段以及刚体摇摆转动阶段;带拉结筋砌体填充墙试件具有更高的承载能力。基于拟静力试验结果,本文利用ABAQUS软件建立了带填充墙穿斗式木构架的精细化有限元模型,分析了带填充墙穿斗式木构架的受力机理。在试验结果和有限元分析的基础上,分别提出了相应的理论模型和计算方法。研究表明,本文建立的有限元模型对试验结果的预测具有合理性。对于带木板填充墙试件而言,提高墙板宽度、墙板厚度以及上下枋高对试件的初始刚度和承载力都有不同程度的提升。同时,相邻墙板之间以及墙板与木柱及木枋之间的挤压和摩擦是木板填充墙抵抗弯矩的主要来源。对于带砌体填充墙试件,相比于我国规范对砌体开裂荷载的计算方法,美国规范中的计算结果与试验结果更为接近;当砌体填充墙底部裂缝完全开展时,若试件所承受的水平推力超过触发摇摆效应的理论值,并且柱脚可以自由抬升,那么形成贯通裂缝后,试件将以刚体转动为主。
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