古建筑木结构残损节点力学分析与抗震性能研究

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古建筑木结构是我国传统文化不可缺少的一部分。然而随历史的变迁,古建筑木结构历经各种自然和人为破坏,现况不容乐观,常见破坏形式有开裂、腐朽、变形、拔榫、虫蛀等。常见古建筑木结构节点采用榫卯连接,而节点的破坏会使结构安全性降低,因此对残损节点以及残损节点对结构整体抗震性能影响的研究十分必要。为研究残损节点的抗震性能,本文在验证ABAQUS有限元软件建模可靠性的基础上建立了14个直榫模型,包括1个完好节点,2个榫头虫蛀残损节点,2个榫头压缩残损节点,6个卯口开裂残损节点和3个榫头开裂残损节点。对残损节点进行非线性滞回性能分析,从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线和耗能能力等抗震性能展开研究,结果表明:相比完好节点,虫蛀、压缩残损对节点峰值荷载影响较大,木材开裂对节点峰值荷载影响较小;被虫蛀破坏、开裂的榫头相对节点来说较弱,反复荷载作用下变形较大,耗散能量较多;卯口裂缝深度相较缝长、缝宽对节点抗震性能影响较大;木材残损使节点初始刚度退化严重。在此基础上,以保定淮军公所戏楼为依托,建立有限元整体模型,对比分析了主体结构完好节点和残损节点对结构整体抗震性能的影响,结果表明:在不同地震波作用下,残损节点的刚度退化导致主体结构二层层间位移角增大3%~12%。因此在对古建筑木结构维护与修缮过程中,残损节点的破坏程度对整体性能的影响不能忽视,该研究成果对现存木结构的评估和修缮提供借鉴意义。
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