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穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

建筑结构学报 2024年第3期45卷 187-196页

作者：许丹薛建阳戚亮杰陈记豪徐云华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能,参照西南地区典型木结构建筑,按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点,对其进行低周往复加载试验,研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规... 详细信息

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能,参照西南地区典型木结构建筑,按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点,对其进行低周往复加载试验,研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟,进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布,以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明:钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断,半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口,柱和穿枋基本完好;钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称;加载后期等效黏滞阻尼系数增大,节点耗能持续增大;钩榫节点变形能力较强,破坏转角可达0.08~0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度,柱卯口应力远小于其抗压强度;适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。

关键词：穿斗式木结构钩榫节点低周往复加载试验抗震性能受弯承载力

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穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

建筑结构学报 2019年第4期40卷 123-132页

作者：薛建阳许丹任国旗付春伍杨生梦西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了... 详细信息

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明:随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286～1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。

关键词：穿斗式木结构榫卯节点振动台试验动力特性抗震性能

穿斗式木结构通榫节点抗震性能研究及数值模拟分析

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土木工程学报 2019年第11期52卷 56-65页

作者：薛建阳许丹代武强西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结... 详细信息

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:通榫节点弯矩-转角滞回曲线捏缩效应明显,且随枋截面高度的增加而愈加明显;在加载过程中,枋在柱卯口处发生滑移,且滑移量随转角的增大而增大;节点的等效黏滞阻尼系数随着枋截面高度的增大而减小;通榫节点具有较好的延性和较大的承载力,加载转角达到0.22rad时,枋出现较大的挤压塑性变形,但未发生材料破坏。枋横纹应力达到其抗压强度,而柱顺纹应力尚未达到其极限抗压强度。

关键词：穿斗式木结构通榫节点抗震性能弯矩-转角关系非线性有限元分析

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穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

建筑结构学报 2018年第10期39卷 122-129页

作者：熊海贝王洁吴玲陈琳同济大学土木工程学院

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表... 详细信息

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明：木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。

关键词：穿斗式木结构足尺模型试验抗侧力性能失效模式

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穿斗式木结构中节点的抗弯性能试验研究

土木与环境工程学报（中英文） 2022年第2期44卷 83-90页

作者：郭婷杨娜周海宾王双永北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091

以西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点为研究对象,设计制作了2个足尺横向中节点和2个足尺纵向中节点模型试件,分别对两类节点进行单调加载和低周往复加载试验,得到两类节点的破坏模式、抗弯承载力、抗弯刚度、延性和耗能能力。结果表明... 详细信息

以西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点为研究对象,设计制作了2个足尺横向中节点和2个足尺纵向中节点模型试件,分别对两类节点进行单调加载和低周往复加载试验,得到两类节点的破坏模式、抗弯承载力、抗弯刚度、延性和耗能能力。结果表明:横向中节点主要在榫卯挤压区域发生嵌压塑性变形以及在木销受荷区域发生弯剪变形,纵向中节点易在榫颈位置发生折断破坏;横向中节点的初始刚度较纵向中节点高,横向中节点的抗弯承载力可达纵向中节点的2倍;横向中节点和纵向中节点的滞回曲线均表现出明显的捏拢和滑移现象,横向中节点的耗能能力较强;穿斗式木结构横向中节点和纵向中节点都具有良好的变形能力,横向中节点表现出较好的延性,但纵向中节点的延性很低;纵向中节点是穿斗式木结构中的薄弱节点,需要在穿斗式木结构的安全维护中重点关注。

关键词：穿斗式木结构中节点抗弯性能抗震性能

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穿斗式木结构榫卯节点加固的抗震性能研究

木材科学与技术 2021年第1期35卷 36-41页

作者：王双永郭婷邓昊周海宾中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

选取西南民居常见穿斗式木结构典型的直榫型边节点,采用穿木销和穿钢销加固方案,通过单调和低周往复加载足尺试验,对比加固方法对直榫边节点抗震性能的影响。结果表明:相比未加固节点,两种加固节点的破坏程度均有所降低,且有效抑制拔榫... 详细信息

选取西南民居常见穿斗式木结构典型的直榫型边节点,采用穿木销和穿钢销加固方案,通过单调和低周往复加载足尺试验,对比加固方法对直榫边节点抗震性能的影响。结果表明:相比未加固节点,两种加固节点的破坏程度均有所降低,且有效抑制拔榫现象;穿木销和穿钢销加固节点的初始刚度分别提高了50%和75%,屈服弯矩分别提高了45%和73%,极限弯矩分别提高了27%和69%,耗能能力分别提高了200%和69%。两种方法均有效提高了穿斗式木结构直榫边节点的抗震性能。

关键词：穿斗式木结构直榫节点加固抗震性能

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穿斗式木结构直榫边节点承载性能试验研究

木材科学与技术 2022年第1期36卷 57-62页

作者：王双永郭婷邓昊周海宾中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

以传统民居穿斗式木结构直榫边节点为研究对象,分析节点承载机制,并设计制作3套杉木结构直榫边节点足尺试件(对照组1套、扒钉加固1套、角钢加固1套),进行低周往复加载试验。研究结果表明:直榫边节点破坏模式主要表现为节点木材横纹压屈... 详细信息

以传统民居穿斗式木结构直榫边节点为研究对象,分析节点承载机制,并设计制作3套杉木结构直榫边节点足尺试件(对照组1套、扒钉加固1套、角钢加固1套),进行低周往复加载试验。研究结果表明:直榫边节点破坏模式主要表现为节点木材横纹压屈变形和节点拔榫,滞回曲线轮廓均呈反“Z”形状,且呈现较明显的捏缩现象。与未加固节点相比,加固节点的承载性能均有所提高;扒钉加固节点在扒钉脱落失效前提高了节点刚度、累积耗能及变形能力,角钢加固节点在穿枋断裂前显著提高了节点刚度、累积耗能及变形能力。

关键词：穿斗式木结构直榫边节点加固承载性能

抗震设防高烈度区阻尼器增强穿斗式木结构模型振动台试验

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建筑结构学报 2023年第S02期44卷 1-10页

作者：宁鹏吴涛陶忠高永林苏何先昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 云南省工程抗震研究所云南昆明650500 昆明理工大学基建处云南昆明650500

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度... 详细信息

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度极罕遇)的地震波激励振动台试验。对试验模型动力特性和地震响应对比分析结果表明:有控结构模型始终保持弹性状态,结构模型X向自振频率仅在输入峰值加速度0.95g地震波激励后出现下降,由1.907 Hz降为1.587 Hz,Y向自振频率始终保持3.052 Hz;Y向阻尼器发挥作用更为明显,对刚度较小部位以提供附加刚度为主,对刚度较大部位以提供附加阻尼为主,有控结构模型最小动力放大系数大于无控结构模型的,其最大动力放大系数均小于无控结构模型的;最大层间位移角均发生在Kobe波激励下结构二层层间,有控结构模型最大层间位移角大部分小于无控结构模型的;扇形剪切型阻尼器作为9度高抗震设防烈度区穿斗式木结构建筑增强加固措施是适宜的。

关键词：穿斗式木结构抗震设防高烈度剪切型阻尼器振动台试验抗震性能

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穿斗式木结构榫卯连接抗震性能试验研究

穿斗式木结构榫卯连接抗震性能试验研究

作者：李佩重庆大学

学位级别：硕士

中国古代建筑以木结构为主,其中以抬梁式结构与穿斗式结构应用最为广泛。在四川、重庆、云南、贵州等地的村镇中还分布有大量的既有穿斗式木结构房屋,在多处古迹或旅游景点处新建了部分穿斗式木结构。这种结构以其自重轻,结构布置灵活,... 详细信息

中国古代建筑以木结构为主,其中以抬梁式结构与穿斗式结构应用最为广泛。在四川、重庆、云南、贵州等地的村镇中还分布有大量的既有穿斗式木结构房屋,在多处古迹或旅游景点处新建了部分穿斗式木结构。这种结构以其自重轻,结构布置灵活,空间大等优势受到人们青睐。在地震作用下,穿斗式木结构较少出现房屋倒塌性破坏,多因过度倾斜导致使用功能丧失,表现出一定的抗震性能,极大地保护了人们的生命财产安全。在理论方面,目前我国规范并未对穿斗式结构的设计、验收、性能评价、加固等问题给出系统的条文规定;实际工程方面,新建穿斗式房屋也多参照传统工艺制造,没有明确这类建筑的结构机理,存在安全隐患。中国古代木结构建筑多采用榫卯连接,穿斗式结构的榫卯节点表现为一根梁连续穿透多根柱子,节点处梁截面没有削弱,结构整体性好。已有研究表明节点性能是传统木结构性能的控制环节,为了明确穿斗式木结构的抗震机理,需要对节点部分进行研究。本文通过完成穿斗式木结构榫卯连接边节点、中节点的单调加载试验及拟静力试验和推导节点理论模型的工作,得到了以下结论:(1)穿斗式木结构节点的M-θ滞回曲线呈Z型,有较长的滑移阶段;(2)边节点与中节点的M-θ骨架曲线表明节点均经历了滑移阶段与上升阶段,滑移阶段节点刚度很小,进入上升阶段后节点刚度陡然增大,之后逐渐退化,当转角达到0.11rad左右,节点上升阶段刚度达到最小值,之后有所增大;(3)在低周往复荷载作用下,节点表现出一定的强度退化规律,主要表现在同一级控制位移的第二次循环中,退化幅度较小;(4)通过计算节点的等效粘滞阻尼系数,发现边节点与中节点等效粘滞阻尼系数相差不大,二者具有相近的耗能能力;(5)随节点弯矩值增大,边节点和中节点的变形均相应增大,没有明显的屈服现象;(6)推导了节点正向加载、卸载与反向加载、卸载四种状态下节点弯矩-转角理论模型,将理论结果与试验数据对比,二者吻合度良好,验证了理论模型的准确性;(7)讨论了节点理论模型中初始缝隙的影响,结果表明节点初始缝隙越大,初始转角值越大,滑移段越长,有效转角阶段的初始刚度值越大,刚度退化速度越慢。通过对穿斗式木结构榫卯连接的试验及理论研究,明确了节点的抗震机理,为今后指导实际工程的建设、维修及加固提供了理论依据。本文的研究具有3个创新点:对穿斗式木结构边节点的静力性能及抗震性能进行了探索性的研究;对穿斗式木结构中间节点的静力性能及抗震性能进行了探索性的研究;提出了穿斗式木结构节点的理论模型。

关键词：穿斗式木结构榫卯节点抗震性能滞回曲线力学模型