【摘 要】
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广府地区具有较丰富的历史建筑资源,其中祠堂数量较多。由于长期受到自然环境的作用,多数木结构的祠堂建筑存在着不同程度的残损,需要及时的修复和维护。木结构建筑中榫卯节点连接是结构中的关键部位且容易在此位置产生损伤,这对结构在地震响应下的受力性能影响巨大。本项目依托自主研发的雀替形钢板-橡胶组合阻尼器,对广府古建筑进行无损加固,并探究加固前后的抗震性能,力求为历史文物遗产的修复提供理论依据和设计参考。本
【基金项目】
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省基金,编号:2021A1515012603
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广府地区具有较丰富的历史建筑资源,其中祠堂数量较多。由于长期受到自然环境的作用,多数木结构的祠堂建筑存在着不同程度的残损,需要及时的修复和维护。木结构建筑中榫卯节点连接是结构中的关键部位且容易在此位置产生损伤,这对结构在地震响应下的受力性能影响巨大。本项目依托自主研发的雀替形钢板-橡胶组合阻尼器,对广府古建筑进行无损加固,并探究加固前后的抗震性能,力求为历史文物遗产的修复提供理论依据和设计参考。本文主要开展了以下工作:（1）对菠萝格木材和丁基橡胶进行材性试验,在材性试验的基础上进行雀替形阻尼器制作、试验研究和有限元分析。研究结果表明:雀替形阻尼器在加载过程中基本处于弹性状态,滞回环的产生主要与橡胶的粘弹性有关;阻尼器离铰接点最远的跟脚部最容易发生破坏,应该进行局部加固;采用弹性加粘弹性的材料本构对橡胶进行的有限元分析可以较好模拟阻尼器的骨架曲线、破坏形态和应力发展特点。（2）采用两榀不同结构形式的木框架进行低周往复荷载试验,然后对两个试件进行雀替形阻尼器原位加固继续进行低周往复荷载试验,通过分析对比加固前后两个试件的试验现象、滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化以及应变特点等,研究了阻尼器加固对残损木结构的抗震性能的影响。试验结果表明:雀替形阻尼器能够弥补塑性变形产生的初始缺陷并提供较好的初始刚度,在榫卯节点开始闭合时与之协同受力,节点刚度再次提高,增大了节点的极限承载能力和耗能能力。（3）对试件进行有限元分析,在确定ABAQUS能有效模拟试件的残损影响、滞回曲线、骨架曲线、破坏形态和应力情况的基础上,进行了梁高h、柱直径D、梁榫宽t的参数化分析。研究结果表明:雀替形阻尼器加固的木结构节点的屈服弯矩和极限弯矩随着梁高h、柱直径D的增大而增大,屈服弯矩随着梁榫宽t的增大呈现先增大后减小的趋势,当梁榫宽在0.4D附近时,节点屈服弯矩最大且破坏形式较合理。最后通过机器学习算法拟合得到阻尼器加固的木结构节点的弯矩-转角关系。（4）对阻尼器加固的试件的半结构进行受力分析,推导出阻尼器加固的箍头榫节点的弯矩-转角理论计算式并验证了其正确性;对影响节点弯矩-转角理论计算式的因素进行分析,发现随着梁高h、柱直径D、梁榫宽度t、摩擦系数μ、梁榫单侧挤压宽度b和阻尼器橡胶半径a的增大,节点的极限弯矩和初始刚度也随着增大;对节点理论计算公式进行简化得到以屈服点和极限点为特征点的双折线力学模型。
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