四等材柱脚残损双跨木构架动力性能计算分析

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古建筑木结构是中国五千年灿烂文化的缩影,是我们祖先留给我们的宝贵财富,是中华文明绵延传承、生生不息的佐证。木结构留存到现在,已经遭受了不同程度的破坏,研究残损木结构的动力性能,对木结构保护有重要的意义。本文按照宋《营造法式》中关于各部件尺寸的详细描述,运用ABAQUS数值模拟软件建立四等材双跨木构架模型,并对模型进行动力模拟试验,主要包括以下研究内容:(1)对完好木构架的底板施加不同频率、不同峰值的简谐波。结果表明:随着加速度输入峰值的增大,完好双跨木构架的柱顶的加速度衰减情况越来越明显,柱顶速度、柱顶最大水平位移、柱脚竖向位移和榫端应力都逐渐增大。柱脚竖向位移和柱顶水平位移满足线性关系,不受输入频率的影响,100gal和150gal下的榫端位移与柱顶水平位移满足相似的线性关系,且斜率大于50gal的情况。边柱和中柱在50gal和100gal下的动力响应类似,只是中柱的正向位移都大于边柱,中柱的负向位移都小于边柱。(2)对柱底不同残损情况、不同残损高度的木构架进行动力实验。结果表明:随着柱脚残损程度的增加,相比于完好的柱顶加速度,衰减越来越明显,输入峰值和输入频率的增大会加速这种衰减,柱底残损在0.5E时,动力响应与完好木构架相差不大,在同种工况下柱底弹性模量改变后,柱脚仍然以摇摆为主。随着柱底残损程度的增加,正向最大位移逐渐减小,负向最大位移逐渐增大。柱脚竖向位移与最大应力的曲线可以拟合成三段式直线,斜率变化K1﹥K2﹥K3,随着柱脚残损程度的增加,K1逐渐减小。在柱脚同样残损程度下,随着频率的增加,K1逐渐增大。同一残损程度下,随着频率的增加,榫端最大应力逐渐减小,不同频率下,残损程度越大,榫端最大应力也越大。在不同输入频率下,双层残损位移小于单层残损。双层残损的K值明显小于单层残损。(3)对柱底削去不同面积的木构架进行动力试验。结果表明:随着柱脚削去面积的增大,柱顶加速度衰减越明显,高频率下柱顶加速度“滤去”的峰值也越多,负向的加速度衰减越多。随着频率的增大,柱顶和柱底速度有明显的相位差,且也存在滤峰现象。随着柱脚削去面积的增大,正向位移逐渐增大,负向位移逐渐减小,但都小于完好柱顶位移。柱脚削去不同面积时,柱脚的最大应力和最大竖向位移都减小,在同一频率下,随着柱脚截去面积的增大,柱脚斜率K1逐渐增大,但都小于完好柱脚。榫端应力达到最大的时间基本上与负向达到最大位移的时间对应。
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