藏式古建木构梁柱连接力学性能试验研究及有限元分析

论文摘要

藏式古建筑的历史意义、宗教意义、艺术价值一直是世人关注的热点。不少藏式建筑建造年代久远,其内部结构已经存在大量的残损现象,对古建筑进行结构性能的评估以采取合理保护措施显得尤为重要,而节点性能的研究是认识结构力学行为的基础和关键。目前,国内外针对藏式建筑的研究主要集中在其建筑风格、装饰艺术及宗教意义方面,对其结构性能的分析较少。本文以典型藏式古建木构梁柱连接为研究对象,对其静力性能进行试验研究和数值模拟,结合试验与数值的结果获得竖向荷载作用下节点的传力机理,建立了梁柱节点弯矩-转角曲线模型,总结了相关因素的影响规律；此外,进行了节点滞回性能的数值模拟,对其动力性能做了初步探究。主要包括以下几方面的内容：首先,在现场勘察的基础上,对藏式古建筑的结构形式进行了阐述,重点介绍了木构架的构造和做法,确定了本文的研究对象,从结构角度出发对研究对象进行荷载和约束的简化,从而建立了对应的分析模型。其次,以分析模型为依据设计了两组静力试验,第一组试验分析梁柱连接在竖向荷载作用下的传力机理及破坏模式,第二组试验分析梁柱连接的转动性能。以静力试验为基础,进行对应的数值模拟,结合试验与有限元分析结果确定了组成节点的各个组件的受力状态,节点的传力机理及破坏模式,并且建立了节点的弯矩-转角曲线模型,分析了弓木长度、暗销位置对于节点转动刚度的影响,及反复荷载作用下节点刚度退化规律。再次,进行梁柱连接滞回性能数值模拟,分析了节点在反复位移荷载作用下的受力状态,建立了滞回曲线,骨架曲线,恢复力模型,并进行刚度退化分析及能量耗散能力分析,将有限元分析结果与已有的汉式古建木构节点的拟动力试验结果进行比较,参照试验结果对恢复力模型进行了修正。图113幅,表22个,参考文献54篇。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 藏式古建筑的研究
• 1.2.2 古建木构梁柱连接力学性能的研究
• 1.2.3 研究中存在的问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 藏式古建木构结构分析模型
• 2.1 藏式古建筑结构形式
• 2.2 藏式古建木构体系
• 2.2.1 梁架
• 2.2.2 柱式
• 2.2.3 梁柱连接
• 2.2.4 楼面和屋面
• 2.3 典型梁柱连接结构分析模型
• 2.3.1 节点传力机理结构分析模型
• 2.3.2 转动性能结构分析模型
• 2.4 本章小结
• 3 典型藏式古建木构梁柱连接静力试验
• 3.1 材性试验
• 3.1.1 材性试验过程
• 3.1.2 材性试验结果
• 3.1.3 木构件的破坏准则
• 3.2 竖向荷载作用下节点传力机理试验
• 3.2.1 试验装置与加载制度
• 3.2.2 测试内容及测点布置
• 3.2.3 试验过程及现象
• 3.2.4 试验结果及分析
• 3.3 节点转动性能试验
• 3.3.1 试件设计
• 3.3.2 试验装置与加载制度
• 3.3.3 测试内容及测点布置
• 3.3.4 典型试验过程及现象
• 3.3.5 试验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 典型藏式古建木构梁柱连接静力性能有限元分析
• 4.1 梁柱节点传力机理分析
• 4.1.1 有限元模型的建立
• 4.1.2 受力状态分析
• 4.1.3 节点的破坏模式
• 4.2 梁柱节点转动刚度求解
• 4.2.1 SJ2数值模拟结果
• 4.2.2 SJ3数值模拟结果
• 4.2.3 SJ4数值模拟结果
• 4.2.4 SJ5数值模拟结果
• 4.2.5 SJ6数值模拟结果
• 4.2.6 SJ7数值模拟结果
• 4.2.7 节点转动模型
• 4.2.8 影响因素分析
• 4.3 试验结果与数值模拟结果趋势分析
• 4.3.1 试验模型与有限元模型差异
• 4.3.2 结果趋势分析
• 4.4 本章小结
• 5 典型藏式古建木构梁柱连接滞回性能数值模拟
• 5.1 有限元模型的建立
• 5.1.1 模型建立依据
• 5.1.2 ANSYS分析设置
• 5.2 数值模拟结果
• 5.2.1 受力分析
• 5.2.2 滞回曲线和骨架曲线
• 5.2.3 恢复力模型
• 5.2.4 刚度分析
• 5.2.5 能量耗散能力
• 5.3 相似古建木构连接试验结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集