【博士】中國古代木構(gòu)耗能減震機(jī)理與動力特性分析

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　　【學(xué)位年度】2009　　【摘要】　　中國術(shù)結(jié)構(gòu)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(shù)和科學(xué)價值。研究術(shù)結(jié)構(gòu)古建筑的結(jié)構(gòu)特性和抗震性能對保護(hù)和開發(fā)我國古建筑遺產(chǎn)具有重要意義。本文以抬梁式殿堂型術(shù)構(gòu)建筑為例，通過構(gòu)件擬靜力試驗和模型振動臺試驗，對其獨特的結(jié)構(gòu)形式、力學(xué)特性、工作機(jī)制和耗能機(jī)理進(jìn)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)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(xué)模型屬于線性強(qiáng)化彈塑性模型。根據(jù)試驗得出的恢復(fù)力模型反應(yīng)了鋪作層的恢復(fù)力特性及剛度變化規(guī)律，適應(yīng)于同類術(shù)結(jié)構(gòu)的靜力傳遞和結(jié)構(gòu)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(shù)構(gòu)架模型及碳纖維布(CFRP)加固燕尾榫節(jié)點木構(gòu)架模型的水平低周反復(fù)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(fù)力模型。術(shù)構(gòu)架具有非常好的變形能力，透榫的連接強(qiáng)度和節(jié)點剛度比燕尾榫的大。破壞的燕尾榫節(jié)點經(jīng)CFRP加固后的構(gòu)架剛度比未加固燕尾榫構(gòu)架大，但強(qiáng)度較未加固燕尾榫構(gòu)架小?！　　　?對按照《營造法式》制作的古代殿堂式木結(jié)構(gòu)建筑心間縮尺模型進(jìn)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(shù)梁的位移、速度和加速度響應(yīng)。對模型的破壞形態(tài)、自振周期、阻尼比、動力響應(yīng)、能量耗散進(jìn)行了分析。試驗結(jié)果表明：模型的自振周期和阻尼比隨著地震激勵的增強(qiáng)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(shù)小于1，且隨著地震激勵的增強(qiáng)而減小。鋪作層、柱礎(chǔ)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(qiáng)，在模型的耗能、減震中起著主要作用?！　　　?對宋代殿堂式術(shù)構(gòu)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(jìn)行加固，并進(jìn)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(biāo)同步測量了柱腳、柱頭、頂面的地震響應(yīng)。對CFRP加固模型的破壞形態(tài)、動力特性、耗能能力進(jìn)行了分析。得到以下結(jié)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(shù)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(chǔ)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(qiáng)，在模型整體的耗能、減震中起著主要作用。　　共154頁

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