木结构古建筑的结构动力特性分析

论文摘要

研究木结构古建筑的结构动力特性对我国古建筑抗震和开发古建筑遗产具有重要意义。本文以殿堂式木构建筑为例,通过理论分析、模型试验和数值模拟,对其独特的结构形式、节点特性、动力机制进行了研究。通过对典型榫卯连接的力学分析和模型低周反复荷载试验,研究了榫卯的半刚性连接特性。试验得到榫卯连接的弯矩——转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律,并提出了榫卯连接特性的刚度公式和等效粘滞阻尼系数。从构造形式及力学特点入手,对木结构的对称结构形式,通过对破坏形式和试验数据分析,提出带有转动弹簧和粘滞阻尼器的节点单元模拟榫卯连接的动力计算模型。并在此模型上进行木结构刚度特性、阻尼特性和动力特性的实验数据模拟和数值计算,从而确定木结构的单元质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵及综合动力刚度,再经过动力计算分析结构振动形式并和振动台试验所得数据进行比较,更为深入地研究古建筑的抗震性和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 木结构古建筑的结构特性及抗震性能研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 建筑构造技术研究
• 1.2.2 木构建筑结构特性及抗震性能研究
• 1.2.3 有待解决的问题
• 1.3 本文的研究目的和主要研究内容
• 2 古建筑木结构构件及模型试验
• 2.1 古建木结构铺作层的实验
• 2.1.1 试验概况
• 2.1.2 试验过程及现象
• 2.2 古建木结构榫卯节点的试验
• 2.2.1 试验概况
• 2.2.2 试验过程及现象
• 2.3 古建木结构振动台试验
• 2.3.1 模型制作
• 2.3.2 配重设计
• 2.3.3 试验设备
• 2.3.4 试验测试方法、测点布置和测试内容
• 2.3.5 试验现象概述
• 3 铺作层刚度实验研究
• 3.1 P—△滞回曲线
• 3.2 P—△骨架曲线
• 3.3 P—△恢复力模型
• 3.4 恢复力模型分析
• 3.5 本章小结
• 4 古建筑木结构构架及榫卯节点刚度分析
• 4.1 榫卯工作机制与计算模型
• 4.2 古建筑燕尾榫木构架水平刚度
• 4.2.1 P-△滞回曲线
• 4.2.2 P-△骨架曲线
• 4.2.3 P-△关系公式拟合
• 4.2.4 P-△恢复力模型
• 4.3 古建筑木构架燕尾榫和直榫节点转动刚度
• 4.3.1 M-θ滞回曲线
• 4.3.2 M-θ骨架曲线
• 4.3.3 M-θ关系公式拟合
• 4.3.4 M-θ恢复力模型
• 4.4 本章小结
• 5 殿堂式古建筑木结构模型的动力分析
• 5.1 模型的建立
• 5.2 结构单元
• 5.2.1 刚度矩阵和节点力向量
• 5.2.2 单元质量矩阵
• 5.2.3 综合动力刚度矩阵
• 5.3 整体木构架刚度矩阵的合成
• 5.3.1 两端半刚性连接单元的刚度矩阵
• 5.3.2 一端铰接一端半刚性连接单元的刚度矩阵
• 5.3.3 木构架整体刚度的合成
• 5.4 整体木构架阻尼矩阵
• 5.4.1 等效粘滞阻尼系数的计算
• 5.4.2 阻尼矩阵的合成
• 5.5 整体木构架质量矩阵
• 5.6 整体木构架动力方程的建立
• 5.7 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 建议及进一步研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录