穿斗木构架附加新型雀替式粘弹性阻尼器的力学性能研究

作     者：徐荣荣 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶忠

授予年度：2023年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：穿斗式木结构 榫卯节点 粘弹性阻尼器 低周往复荷载试验 抗震性能 

摘      要：结构简单的穿斗式木构架的建筑在我国西南地区民居建筑是最为常见,西南地区多处于地震带,地震频发,木构架榫卯节点的摩擦和嵌压作用可以吸收输入结构的地震外力,榫卯节点是整个木结构建筑最易损坏位置,其损坏会使得整个木结构坍塌。本文提出了一种新型雀替式粘弹性阻尼器(简称新型阻尼器)并安装于穿斗木构架榫卯节点,从新型阻尼器受力性能研究再到阻尼器加固多节点木构架的抗震性能研究。研究新型粘弹性阻尼器应用于木构架的榫卯节点改变节点区的受力机理,进行低周往复试验分析木构架加固前后的抗震性能。(1)从木材的宏观和微观角度来分析材料的物理和力学特性,同时对木材榫卯节点所受的摩擦与嵌压作用进行分析,对穿斗木结构的榫卯节点应用粘弹性阻尼器后受力机制转变为摩擦力、嵌压力和粘弹性阻尼器共同受力方式。(2)利用ABAQUS有限元软件建立扇形粘弹性阻尼器有限元模型,最后将模拟结果与试验结果进行对比,两组数据最大误差在10%以内,验证了模型建立的可靠性;依据扇形粘弹性阻尼器模拟的应力云图和阻尼器受力理论提出的新型雀替式粘弹性阻尼器,并建立新型阻尼器有限元模型,对比传统扇形粘弹性阻尼器和新型雀替式粘弹性阻尼器模拟结果的相关参数,同级加载情况下总耗能最大差值率为1.3%和峰值荷载最大差值率为6.27%,说明新型雀替式粘弹性阻尼器形制优化具有合理性。(3)共制作了6个粘弹性阻尼器进行低周往复加载试验,研究新型雀替式粘弹性阻尼器的变形、加载频率、阻尼材料、疲劳性能、连接方式对其性能的影响。研究表明:变形幅值对此阻尼器的影响明显,整个加载过程中滞回曲线逐渐饱满,且在加载初期滞回耗能增大幅度较小,位移加载后期滞回环面积增大越来越明显,D=10mm、D=65mm时,总耗能分别为0.022KN.m、0.309KN.m;不同橡胶材料的阻尼器试件的滞回曲线、总耗能、等效阻尼比和骨架曲线形状基本一致;加载频率对试件的力学性能指标无较大影响,各个频率的滞回曲线几乎重合,阻尼力最大相差率正向为6.2%,负向为4.8%,新型阻尼器的力学性能受到加载频率的影响很小;新型阻尼器没有明显的滞回曲线面积衰减和低周疲劳;阻尼器采用完全固接和抱箍连接相对比负向弯矩相差最大,差值率为33.6%,所以采用抱箍连接依旧可以发挥阻尼器的绝大部分耗能作用。(4)共设计制作了2榀1:1足尺松木穿斗木结构构架模型,1榀为穿斗式平面外木构架,另一榀为穿斗式平面内木构架,研究穿斗式木构架榫卯节点应用新型粘弹性阻尼器加固前和加固后的抗震性能效果及抗震机理,先对未加固的木构架试件进行第一阶段的低周往复加载试验,对其进行复原处理后安装新型粘弹性阻尼器,再进行低周往复加载。获得各个穿斗式木构架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、变形能力和节点应变曲线等试验结果。研究表明:在同一加载位移幅值下,安装粘弹性阻尼器的滞回曲线相较于未安装粘弹性阻尼器更加饱满,且在大加载位移下,平面外木构架加固前后耗能面积分别为146.718KN.m、445.446KN.m、平面内木构架加固前后耗能面积分别为395.081KN.m、1111.232KN.m,粘弹性阻尼器提高构架耗能能力的效果更加突出;通过安装粘弹性阻尼器提高木构架的抗震性能具有实际意义,为后续粘弹性阻尼器研究和推广应用提供一定的参考价值。