古建筑木结构斗栱结构性能研究

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中国古建筑历史悠久,以木结构为代表的建筑体系更具有其独特的艺术价值、历史价值及科学文化价值。在中国古代高等级的官式建筑中,有一种独特的构件,名为“斗栱”。斗栱是中国古代木结构中最有特色、最为醒目的组成部分,对木结构有着举足轻重的作用。但是时至今日,由于木材的缺陷及各种自然、人为因素的作用,斗栱的破坏程度直接危及到木结构的整体安全,因此进行斗栱结构性能的研究显得尤为必要。  本文以清代斗栱为研究对象,对斗栱的演变发展、分类、构成及其在木结构中的作用进行了概述,总结了现存木结构斗栱的残损特点,表明了残损斗栱力学性能试验研究的重要性,着重从下面几个方面进行研究:  (1)应用材料力学原理,分析斗栱构件的受力情况,对其进行了力学计算,得到斗栱构件发生破坏时的极限荷载值,为斗栱的试验提供了参考。  (2)根据斗栱的竖向受压试验数据,得到了斗栱的荷载-位移曲线,结合斗栱的试验现象,得到了斗栱在承荷阶段及变形不能维持阶段的刚度变化规律;通过引入斗栱歪闪这一残损因素,得到了歪闪对斗栱刚度的变化规律;最终提出了反应斗栱结构性能的“斗栱允许承载力”概念。  (3)在合理的木材材料特性和接触滑移模型基础上,建立了斗栱的等效线性有限元模型,分析了斗栱各构件的应力与应变情况,对试验和数值模拟的结果进行了比较,得到了有限元模型的修正系数,证明了有限元进行斗栱分析的可行性。  (4)对以上三种方法进行的斗棋研究结果进行了对比,分析了三者之间差异的原因,最终建立了歪闪斗栱允许承载力的经验性公式。  
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