残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性.pdf
《残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第1 8卷 第1 0期2 0 2 3年1 0月中 国 科 技 论 文C H I N AS C I E N C E P A P E RV o l.1 8N o.1 0O c t.2 0 2 3残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性兰英静1,董金爽2(1.青岛农业大学海都学院,山东莱阳2 6 5 2 0 0;2.海南大学土木建筑工程学院,海口5 7 0 2 2 8)摘 要:为研究残损古建筑木结构榫卯节点的恢复力特性,共设计了4个古木结构不对称榫卯结构,包括1个完好无残损的榫卯节点试件和3个不同残损程度的榫卯节点试件,分析低周反复荷载作用下试件的滞回特性,并通过分析试件刚度退化规律及滞回规则,提出
2、了古木结构不对称榫卯节点的特征参数计算公式,建立了能够反映不同残损程度古建筑木结构榫卯节点真实受力状况的恢复力特征曲线。结果表明:不对称榫卯节点滞回曲线的形状随着残损程度的增加由S形向反Z形转变,捏缩效果逐渐显著;各试件骨架曲线的正向加载和反向加载显著不对称;恢复力特征曲线与试验结果拟合效果较好,表明所建恢复力模型具有一定的适应性,可用于残损古木结构节点的弹塑性分析。关键词:古建筑木结构;松动程度;透榫节点;滞回规则;恢复力模型中图分类号:T U 3 6 6.2 文献标志码:A文章编号:2 0 9 5 2 7 8 3(2 0 2 3)1 0 1 0 5 6 0 7开放科学(资源服务)标识码(O
3、 S I D):R e s t o r i n g f o r c e b e h a v i o r o f a s y m m e t r i cd a m a g e dm o r t i s e-t e n o n j o i n t so f a n c i e n tw o o d e nb u i l d i n g sL A NY i n g j i n g1,D O N GJ i n s h u a n g2(1.H a i d uC o l l e g e,Q i n g d a oA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,L a
4、 i y a n g,S h a n d o n g2 6 5 2 0 0,C h i n a;2.C o l l e g e o fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,H a i n a nU n i v e r s i t y,H a i k o u5 7 0 2 2 8,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os t u d yt h er e s t o r i n gf o r c eb e h a v i o ro fd a m a g e dm o r t
5、 i s ea n dt e n o nj o i n t s i na n c i e n tw o o d e nb u i l d i n g s,f o u rm o r t i s e-t e n o n j o i n t sw e r ed e s i g n e d i n t h e p r e s e n tw o r k,i n c l u d i n g t h r e e t h r o u g h-t e n o n j o i n t sw i t hd i f f e r e n t l e v e l s d a m a g e a n do n et h r
6、 o u g h-t e n o n j o i n t sw i t h o u t d a m a g e.T h em o m e n t-r o t a t i o nh y s t e r e t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h em o r t i s e a n d t e n o n j o i n t sw a s a n a l y z e du n d e r l o wc y c l i c r e v e r s e d l o a d i n g t e s t.T h r o u g h t h e a n a
7、l y s i s o f t h e s t i f f n e s sd e g r a d a t i o n l a wa n dh y s t e r e s i s r u l e s,t h e f o r m u l ao ft h e c h a r a c t e r i s t i cc o e f f i c i e n tf o rt h ea n c i e n tw o o d e nb u i l d i n g sa s y m m e t r i cm o r t i s e-t e n o nj o i n t sw a sp r o p o s e d.
8、A n dt h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c c u r v eo fr e s t o r i n gf o r c eo fa s y m m e t r i cm o r t i s e-t e n o nj o i n t si na n c i e n tw o o d e nb u i l d i n g sw h i c hi n d i c a t e di t sr e a ls t r e s ss t a t ew a s s e t u p.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s
9、 i n d i c a t e t h e s h a p e o f t h e h y s t e r e t i c c u r v e o f t h e j o i n t s c h a n g e s f r o m“S”s h a p e t ot h e r e v e r s e“Z”s h a p ew i t h t h e i n c r e a s e o f t h e d a m a g e d l e v e l,a n d t h a t t h e p i n c h i n g e f f e c t g e t s g r a d u a l l y
10、 s i g n i f i c a n t.T h e s k e l e t o nc u r v e so f t h o u g h-m o r t i s e j o i n t se x h i b i ts i g n i f i c a n ta s y m m e t r yi nf o r w a r da n dr e v e r s el o a d i n g.C o m p a r e dw i t ht h ee x p e r i m e n t sr e s u l t s,t h er e s t o r i n gf o r c ec h a r a c
11、t e r i s t i cc u r v ef i t sb e t t e r.T h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h ee s t a b l i s h e dr e s t o r i n g f o r c ec h a r a c t e r i s t i cc u r v e sf i tw e l l,i n d i c a t i n gac e r t a i nd e g r e eo fa d a p t a b i l i t yo ft h er e
12、s t o r i n gf o r c ec h a r a c t e r i s t i cc u r v e.K e y w o r d s:a n c i e n tw o o d e nb u i l d i n g s;d e g r e eo f l o o s e n e s s;t h r o u g h-t e n o n j o i n t s;h y s t e r e s i s r u l e;r e s t o r i n g f o r c em o d e l收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 1基金项目:海南省自然科学基金资助项目(5 2 0 R C 5
13、 4 4);山东省本科高校教学改革研究项目(M 2 0 2 2 1 7 3)第一作者:兰英静(1 9 8 7),女,副教授,主要研究方向为钢-木组合结构抗震性能通信作者:董金爽,讲师,主要研究方向为钢-混凝土组合结构及古木建筑抗震性能,m l c x l l 1 6 3.c o m 采用枓栱及榫卯连接是中国古建筑木结构显著的营造特点1-3。由于木材耐久性差,外界环境(雨雪侵蚀、微生物腐蚀等)及自身缺陷(木节、糟朽开裂等)对其影响较大,现存古建筑木结构多数处于结构体系破坏、多种病害缠身、险情不断发展甚至潜伏坍塌的危险状态,结构整体健康状态不佳,常见的木结构残损类型有节点拔榫、构件缺失、榫卯节点糟
14、朽等4-5,其中榫卯连接处糟朽导致榫头有效受力截面削弱是较为典型的一种残损类型。现有研究成果多针对完好榫卯节点。杨庆山6、武国芳等7基于古木结构特殊的营造特点,对古木结构中常见榫卯节点类型的力学性能进行了总结;匡妍艺8针对古木结构常见榫卯节点,拟合出了节点刚度退化曲线;陆伟东等9基于试验结果给出了考虑局压效应的直榫节点力学模型;孙国军等1 0根据 工程做法则例,完成了复合榫卯节点的拟静力试验,分析了其滞回性能,并提出了相应的恢复力模型。当前,对于残损榫卯节点力学性能的相关研究,多采用削减榫头或普拍枋的形式人工模拟生物劣化。Y a n g等1 1、C h a n g等1 2-1 3研究了残损对榫
15、卯节点刚度的影响;G u a n等1 4-1 5、张锡成等1 6分别推导了残损榫卯节点的弯矩-转角关系式;薛建阳等1 7、谢启芳等1 8基于试验结果得出残损燕尾 第1 0期兰英静,等:残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性榫节点的抗弯刚度与完好节点相比显著降低;赵鸿铁等1 9、隋等2 0基于古木结构中常见燕尾榫的试验研究,建立了其恢复力模型。而对于存在残损的古木结构榫卯节点恢复力特性的相关研究当前还未见报道。鉴于此,为研究残损古木结构榫卯节点的恢复力特性,选择古木结构中典型的榫卯节点,对其进行低周反复荷载试验,获取其滞回曲线,分析其滞回特性、刚度退化规律及滞回规则,建立古木结构残损榫卯节点的
16、恢复力模型,以期为该领域的后续研究奠定理论基础。1 试验概况1.1 模型设计与制作选取古木结构常用的透榫节点为研究对象,残损类型选取榫卯节点中常见的节点松动。依据宋代 营造法式 中透榫节点材份制的基本要求,采用缩尺比为1 3.2,共设计4个古木结构透榫节点试验试件,包括1个榫头与卯口连接完好无松动的节点试件和3个榫头与卯口连接有不同松动程度的节点试件。各试件设计轴压比为0.5。残损采用常用的削减榫头尺寸而保持卯口尺寸不变的方式模拟,榫卯节点基本构造如图1所示。图1 古木结构透榫节点示意图及试件基本尺寸F i g.1 S c h e m a t i cd i a g r a ma n db a
17、s i c s t r u c t u r e s i z eo f t h o r o u g h-m o r t i s e j o i n t s 透榫节点构造形式为非对称形态,又称为大进小出榫。模拟节点松动时需同时对榫头截面高度(包括榫头和榫头)进行削减。定义松动程度为榫头和榫头削减尺寸与完好榫头尺寸的比值。各试件残损情况见表1。表1 各试件榫头削减尺寸及松动程度T a b l e 1 R e d u c e ds i z eo fm o r t i s e a n d l o o s e n e s s l e v e l o ft h o r o u g h-m o r t i s
18、 e j o i n t试件编号榫头削减尺寸/m m削减后榫头尺寸/m m削减后榫头尺寸/m m松动程度(D)/%D J-102 4 01 2 00D J-21 22 2 81 0 85.0D J-32 42 1 69 61 0.0D J-43 62 0 48 41 5.01.2 加载方案试验加载装置如图2所示。为消除二阶效应的影响,将柱横置于地梁之上,梁竖向放置,采用在梁端施控制位移的加载制度。根据数值模拟结果及古建筑木结构加固规范中不发生倒塌的极限位移限值2 1,综合确定试件加载的极限控制位移u=1 0 0mm。加载全过程分为2个步骤:1)在柱端首先施加轴向荷载至设计轴压比,并确保轴压比在
19、试验试件加载全过程中保持恒定;2)在步骤1)的基础上,采用MT S加载设备于梁端加载位置施加水平低周往复荷载。正式加载阶段:加载前期,位移增加级差为极限 位移的1 0%(1 0mm),加载至极限位移的5 0%7501中 国 科 技 论 文第1 8卷 图2 试验加载装置F i g.2 T e s t l o a d i n gd e v i c e(5 0mm),该阶段每级位移循环1次;之后将每级控制位移的增量改为极限位移的2 0%,且每级控制位移均循环3次,直至试验试件破坏停止加载。1.3 主要试验结果1.3.1 M-滞回曲线试验获得的各试件弯矩-弯角(M-)滞回曲线如图3所示。分析可知:1)
20、榫头与卯口连接完好无残损的试件D J-1的滞回曲线形状基本呈S形,而松动程度最大的节点试件D J-4的滞回曲线形状呈反Z形,捏缩滑移效应图3 各试件滞回曲线F i g.3 H y s t e r e t i c c u r v e so f a l l s p e c i m e n s较显著,其他试件滞回曲线形状及捏缩效果介于两者之间,表明松动程度对榫卯节点滞回曲线的形状具有较大影响。2)与完好节点相比,松动节点在榫头与卯口挤压紧密前有一定的滑移量,且随残损程度的增加,滑移量逐渐增大。节点试件为大进小出榫头,构造形式为非对称形态,导致各试件滞回曲线在正向加载及负向加载时表现为不同的滞回特性。
21、正向加载时,各试件滞回曲线饱满度较好,试件因榫头产生一定的弹塑性及塑性变形而具有较好的耗能能力;反向加载时榫头受力性能与正向加载不同,试件滞回曲线包围的面积及峰值弯矩有一定的降低。1.3.2 M-骨架曲线各试件骨架曲线如图4所示。分析可知:1)由于透榫为非对称榫卯节点,榫头为变截面,使得各试验试件的骨架曲线在正反向加载时明显不对称,表明透榫节点在正向受推和反向受拉时力学性能有一定差异。图4 各试件骨架曲线F i g.4 S k e l e t o nc u r v e so f a l l s p e c i m e n s2)整体上,完好无残损透榫节点骨架曲线的刚度高于有残损的节点,且残损程
22、度越大,刚度降低现象越明显;残损节点的松动程度直接影响榫头受力前的滑移量;当榫头与卯口接触压实后,受力特点与完好节点类似。3)残损节点试件的极限弯矩在正向受荷时与完8501 第1 0期兰英静,等:残损古建筑木结构不对称榫卯节点恢复力特性好无残损节点相差较小,而反向加载时差别较大;随着残损程度的逐渐增加,极限弯矩所对应的极限转角逐渐增大。这表明松动榫卯节点在产生抵抗外界荷载的抗力前,有一定的转动和滑移,若节点残损较严重,在节点形成抵抗外界作用前而变形较大,则结构极易发生倒塌。2 恢复力模型建立恢复力模型作为准确研究结构在地震作用下弹塑性动力反应的基础,若直接通过试验得到,通常由于形式一般较为复杂
23、而难以用于结构抗震分析。因此,针对残损榫卯节点,需建立一种基于实际试验结果且较为实用的恢复力模型。2.1 基本假定基于不对称透榫节点的滞回特性,结合木结构营造特点、木材力学特性及便于实际应用,采取以下基本假定:1)骨架曲线采用三折线形式。2)试件屈服前,各控制点的加载刚度与卸载刚度相等;各控制点卸载刚度在试件屈服后按水平控制位移的变化逐步减小2 2。3)试件屈服前,加载和卸载总是沿着原弹性加载路径;屈服后,后一圈的循环加载点或卸载点均指向前一圈加载循环过程中的最大位移点。2.2 骨架曲线模型为建立统一的恢复力模型,对骨架曲线进行无量纲化处理,以峰值弯矩(Mu)及其对应的转角(u)为基准点,即用
24、M/Mu、/u进行处理,“+”表示正向,“-”表示反向。试验拟合骨架模型曲线如图5所示,其中点AF坐标由表2中4个透榫节点骨架曲线特征点的平均值给出。结合图5中各试件刚度值及表2中各透榫节点特征荷载,拟合得出骨架曲线模型三折线的函数表达式:图5 试验拟合骨架模型曲线F i g.5 T e s t f i t t i n gc u r v e s k e l e t o nm o d e l o f j o i n t sO A段,y=1.1 2x,0 x 0.6 9;(1)A B段,y=0.7 2x+0.2 8,0.6 9 x 1.0 0;(2)B C段,y=-5.0 0 x+6.0 0,1.
25、0 0 x 1.1 0;(3)O D段,y=1.1 0 x,-0.6 5 x 0;(4)D E段,y=0.8 1x+0.1 9,-1.0 0 x-0.6 5;(5)E F段,y=-3.3 3x-4.3 3,-1.1 5 x-1.0 0。(6)式中:x=/u;y=M/Mu。表2 各透榫节点骨架曲线特征点试验实测值T a b l e 2 E x p e r i m e n t a l v a l u e so f c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so f s k e l e t o nc u r v e s f o r t h o r o
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 残损 古建筑 木结构 不对称 节点 恢复 特性
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。