【博士】中國古代木構耗能減震機理與動力特性分析

內容簡介

　　【學位年度】2009　　【摘要】　　中國術結構古建筑是世界古代建筑中獨樹一幟的建筑體系，具有極高的歷史、文物、藝術和科學價值。研究術結構古建筑的結構特性和抗震性能對保護和開發(fā)我國古建筑遺產具有重要意義。本文以抬梁式殿堂型術構建筑為例，通過構件擬靜力試驗和模型振動臺試驗，對其獨特的結構形式、力學特性、工作機制和耗能機理進行了研究?！　　　?通過對按照《營造法式》制作的單鋪作、兩鋪作協(xié)同工作、四鋪作協(xié)同工作模型的低周反復荷載試驗，可以看出鋪作層主要以滑移變形為主。而摩擦滑移具有耗能隔震作用，這是古建筑木結構具有良好抗震性能的一個重要原因。鋪作層的滯回曲線呈平行四邊型。試驗結果與理論分析相一致，滯回面積飽滿，說明鋪作層具有良好的耗能作用。鋪作層的力學模型屬于線性強化彈塑性模型。根據試驗得出的恢復力模型反應了鋪作層的恢復力特性及剛度變化規(guī)律，適應于同類術結構的靜力傳遞和結構動力分析計算研究。　　　　通過對按照《營造法式》制作的直榫和燕尾榫術構架模型及碳纖維布(CFRP)加固燕尾榫節(jié)點木構架模型的水平低周反復荷載試驗研究，得到了透榫節(jié)點、燕尾榫節(jié)點及CFRP加固燕尾榫節(jié)點的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點半剛性連接特性和剛度退化規(guī)律及恢復力模型。術構架具有非常好的變形能力，透榫的連接強度和節(jié)點剛度比燕尾榫的大。破壞的燕尾榫節(jié)點經CFRP加固后的構架剛度比未加固燕尾榫構架大，但強度較未加固燕尾榫構架小?！　　　?對按照《營造法式》制作的古代殿堂式木結構建筑心間縮尺模型進行了模擬振動臺試驗研究。選用El Centro波、Taft波、蘭州波作為輸入地震動。測量了不同波形、不同地震激勵作用下臺面、柱腳、柱頭、頂層術梁的位移、速度和加速度響應。對模型的破壞形態(tài)、自振周期、阻尼比、動力響應、能量耗散進行了分析。試驗結果表明：模型的自振周期和阻尼比隨著地震激勵的增強而增大。自振周期T在0.48～0.67s之間，阻尼比ζ在2.9％～46％之間。模型的動力放大系數小于1，且隨著地震激勵的增強而減小。鋪作層、柱礎層都是通過摩擦滑移來耗能。柱架榫卯節(jié)點的耗能能力最強，在模型的耗能、減震中起著主要作用。　　　　對宋代殿堂式術構建筑心間縮尺模型已殘損的燕尾榫節(jié)點用碳纖維布(cFRP)進行加固，并進行了振動臺試驗。選用El Centro波、Taft波、蘭州波作為輸入地震動。采用多點多指標同步測量了柱腳、柱頭、頂面的地震響應。對CFRP加固模型的破壞形態(tài)、動力特性、耗能能力進行了分析。得到以下結果：CFRP加固模型的自振周期T的變化范圍為0.53～0.678之間，阻尼比ζ的變化范圍為2.8％～4.8％之間，隨著地震激勵的增加而增加；加固模型的動力放大系數β隨著地震激勵的增加而減小，中震后β值小于1；CFRP加固模型的鋪作層、柱礎層都是通過摩擦滑移來耗能，CFRP加固節(jié)點柱架層的耗能能力最強，在模型整體的耗能、減震中起著主要作用。　　共154頁

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