榫卯节点木框架抗火性能研究

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中国的古建筑是以木结构建筑为主而发展,是我国文化遗产的重要组成部分。大量学者对榫卯连接的抗震机理进行了研究和阐述,但是对榫卯连接木框架的抗火性能研究很少。因而每当我国古建筑遭遇火灾时,都会导致大量的人员伤亡和财产损失。另外由于古木结构建筑具有特定的艺术价值和人文价值以及一旦被毁坏就很难复原的特点,火灾对古木结构建筑所造成的间接损失是无法估量的。因而对榫卯节点木框架的抗火性能研究具有十分重要的意义。本文以榫卯节点木框架抗火性能试验为主,根据传热学的经典理论及有限元基本原理,利用有限元软件ABAQUS建立了榫卯节点木框架热-结构耦合模型,分析了截面温度场分布、框架耐火极限等,主要内容可以分为以下几个部分:(1)首先回顾并总结国内外学者关于木结构抗火的主要工作和成果,同时指出其研究的不足。基于上述背景和相关成果,论述本文课题的学术思想和研究目标。(2)进行胶合木层板的材性试验,以及总结了木材高温下的热工性能以及力学性能,为木结构试验和数值分析计算提供材料性能数据。(3)进行了1榀单层单跨榫卯节点木框架对比构件静载试验和3榀受火框架耐火极限试验,考虑不同持荷水平对其温度场分布、耐火极限及破坏模式的影响。结果表明:持荷水平较小时,榫卯节点木框架在受火过程中主要是梁先破坏,持荷水平较大时,榫卯节点木框架在受火过程中主要是节点先破坏。(4)利用有限元软件ABAQUS建立了第二榀受火框架的有限元模型,计算其温度场及结构场,将计算结果与试验结果进行对比,并研究了不同梁上荷载对耐火极限的影响。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,且当荷载较大时,有限元采用间接耦合无法模拟出榫头上部因缝隙增大而炭化的情况。
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