带墙体覆面板的榫卯木结构抗震性能分析

论文摘要

追溯3500多年前,木结构在我国就形成了用榫卯连接梁、柱的框架结构体系,到唐朝已趋于成熟。中国古木建筑不仅蕴含了丰富的历史文化信息,而且由于其建筑材料和建筑方式的独特性,使其更具独特而优良的力学性质。本文以日本防灾科学技术研究所兵库抗震工程研究中心在2007年1月18日进行的足尺木结构的振动台实验为原型,在木结构墙体覆面板和整体性房屋两个层面利用有限元分析和实验结果相比较,对传统木结构民居的抗震性能进行了研究分析。主要的研究内容、方法以及结论如下:1、参考相关文献中钉连接的数据,采用非线性弹簧单元模拟墙骨架和覆面板间的连接,建立了实验中的木结构覆面板墙体模型,并进行了有限元的分析,对计算所得位移荷载曲线与实验数据进行了比对分析。2、采用有限元方法建立了房屋整体的三维分析模型,完成了振动台实验房屋模型的模态分析和线性动力时程分析,计算结果和实验结果吻合得较好,能够较准确地模拟结构的动力反应和模态特征,适用于进一步对复杂结构的分析。3、利用有限元方法对两个墙体布置不同的一层木结构足尺房屋模型振动台实验进行了有限元模拟。考虑榫卯连接的半刚性、墙面板布置不对称等因素影响,对结构模型在不同方向输入地震波的动力反应进行分析。结果显示此木结构在0.1、0.2和0.3的地震中,模型结构的最大层间位移角约为1/150、1/70和1/30;不对称结构的加速度和位移反应较对称结构强烈,并且存在明显的扭转效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 木结构发展及其抗震研究的意义
• 1.2 与本文内容的相关研究现状
• 1.2.1 古建筑木结构中榫卯研究现状
• 1.2.2 木结构覆面板墙有限元研究现状
• 1.3 本文研究目的和内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的内容
• 第二章 实验模型与整体分析方法
• 2.1 实验模型介绍
• 2.1.1 整体模型简介
• 2.1.2 实验模型具体构造及做法
• 2.2 木结构房屋整体研究的方法
• 2.2.1 整体木结构分析方法的发展
• 2.2.2 研究小组木结构整体模型的简介
• 2.3 本章小结
• 第三章 木结构房屋的覆面板墙体分析
• 3.1 有限元理论及软件选用
• 3.2 木结构墙体有限元分析
• 3.2.1 木骨架单元
• 3.2.2 墙体覆面板
• 3.2.3 钉连接及其数据选取
• 3.2.4 模型加载及分析
• 3.2.5 简化的墙体等效模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 木结构房屋的整体分析
• 4.1 整体计算模型
• 4.1.1 ANSYS模型概况
• 4.1.2 榫卯连接
• 4.2 模态分析
• 4.2.1 模态分析理论
• 4.2.2 ANSYS模态分析
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 线性动力时程分析
• 4.3.1 结构中的阻尼
• 4.3.2 各工况下加速度以及位移峰值对比
• 4.3.3 各模型不同地震波下加速度时程曲线对比
• 4.3.4 各模型地震波下加速度能量谱对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 本文所做的工作
• 5.2 本文的结论
• 5.3 本文的建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录I 攻读学位期间发表的论文