具有节点残损的八等材木构架的动力响应研究

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在漫长的岁月中,由于风雨的侵蚀、人为的破坏,外加其特有的材料属性等一系列因素的影响,现存的绝大多数古建筑木结构,其整体结构的破坏和局部节点的残损已十分严重,状况岌岌可危。本文正是从节点残损的角度作为切入点,探究与分析了节点有残损的木结构在简谐波激励下的动力响应,对古建筑木结构的动力响应研究和保护提供了一定的借鉴作用。本文的模型遵循了宋《营造法式》中关于木结构尺寸的相关规定,利用ABAQUS有限元分析软件建立了八等材单跨木构架模型。在简谐波激励的情况下,对完好及残损模型分别进行动力响应的试验研究。对完好八等材单跨木构架的自振频率进行了研究,分别进行了幅值为500G和750G的简谐波在不同输入频率下的自振频率试验,结果表明:自振频率与简谐波频率之间并无明显规律;同一木构架模型及相同配重下,两种幅值的自振频率范围的相交区间为0.798Hz~1.796Hz;确定了后续研究的简谐波频率均为1Hz。对完好八等材单跨木构架进行了简谐波幅值的动力响应研究,研究表明:结构的加速度图像呈现出谐振的图形规律;柱顶加速度相较输入加速度的相位有滞后现象;对于柱顶加速度的大小而言,相较于处于弱外动力时,木构架处于强外动力下更能发挥其抵抗动力的优越性能;柱底加速度与输入加速度强吻和;并确定了后续研究幅值为750G。通过对八等材单跨木构架的榫卯节点具有不同缝隙的动力响应研究,研究表明:不同缝隙对木构架的动力响应影响作用不同,其中端缝对相位的滞后影响更大,端缝与端侧缝对木构架最大相对位移的减小作用更大,侧缝与端侧缝对减弱柱顶加速度大小的作用更大。综合看来,端侧缝综合了两类缝隙对木构架的动力响应影响的能力。对仅有柱脚残损的木构架的动力响应进行了试验分析,分析发现:单一弹性模量与渐变弹性模量这两类薄膜层的柱顶加速度均表现为随着弹性模量的减小响应也减小;单一弹性模量与渐变弹性模量薄膜层二者的柱顶加速度均不受薄膜层厚度的变化的影响;柱脚有薄膜层对减弱木构架动力响应的效果相较榫卯节点有缝隙的效果来说要弱。通过对多节点残损的木构架的动力响应的试验,分析发现:多节点残损中柱顶加速度响应随着残损程度的加深而逐渐减小,且多节点残损的柱顶加速度响应比任一单节点残损的柱顶加速度响应要小;对于相对位移和层间位移角而言,任一多节点与单节点残损工况下的层间位移角基本均在1/30-1/40之间波动,且均没有超过木构架的倒塌限值,这足以说明木构架不论完好与残损均有非常良好的抵抗动力的变形位移能力。
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