七等材四柱木构架在阑额残损下的抗震性能研究

作     者：陈亚茜 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李铁英

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：摇摆木构架 阑额残损 抗震性能 位移恢复性 变形特征 动力响应 

摘      要：木结构是中国传统古建筑的重要组成部分,具有丰富的文化与科学研究价值,是华夏神州重要的文化遗产之一。中国是地震多发国家,现存的古建筑木结构屹立千年不倒,得益于其卓越的抗震性能。但随着时间的推移,以及环境因素和人类活动的影响,古建筑木结构的结构构件产生了不同程度的损伤,其抗震性能降低,木结构的加固修缮刻不容缓,木结构抗震性能的科学研究亦迫在眉睫。本文研究成果能够为现存古建筑木结构的现状评估以及加固修缮提供积极的参考。本文依据宋《营造法式》中木结构构件尺寸的规定,通过ABAQUS有限元软件建立了四种阑额残损程度不同的缩尺1:2宋式七等材四柱四梁木构架模型,分别对模型进行了低周往复荷载的拟静力试验与简谐波输入下的动力试验。分析了三级竖向荷载下四种木构架的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线,并采用滞回环屈服刚度K、位移恢复系数和层间位移集中系数分别对木构架的刚度稳定性、位移恢复性和变形特征进行了定量表征。分析了四种木构架的动力响应,研究了四种木构架在不同简谐波下的动力性能。得到的主要结论如下:（1）四种模型的滞回曲线均呈现狭长的“S形,随着竖向荷载增大,木构架整体刚度有所提升、耗能能力变弱,滞回环屈服刚度K增大,其仅在水平位移小于屈服位移时有明显退化。随着三级竖向荷载的逐级增加,木构架最后一级循环位移恢复系数分别增长了32.63%、59.65%,整体恢复能力有所增强。竖向荷载的增加缓解了木构架的层间位移集中趋势。（2）阑额残损的出现使得滞回曲线的饱满程度降低,耗能能力变弱,木构架各阶段结构性能有一定减弱,但不同残损程度木构架间的差距较小,刚度最大差值为9.8N/mm。当最大加载位移大于屈服位移之后,四种模型K均稳定在对应的屈服刚度附近。与完好模型相比,阑额的残损对木构架的位移恢复系数的影响介于-3.39%～21.04%之间,整体恢复能力有一定增强。木构架层间位移集中程度随阑额残损的增大而增强,水平变形集中在柱架层,柱架层的结构特性与木构架的恢复性直接相关。（3）四种模型在阑额残损情况下能够更有效地阻隔结构下部传递而来的加速度,各模型阑额处与柱顶的动力放大系数比值在0.97～3.93之间,77.3%情况下柱顶的阻隔效果均比阑额处更好。阑额残损的出现使得木构架整体性变差,柱架层的相对位移更集中。