【博士】中國(guó)古代木構(gòu)耗能減震機(jī)理與動(dòng)力特性分析

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　　【學(xué)位年度】2009　　【摘要】　　中國(guó)術(shù)結(jié)構(gòu)古建筑是世界古代建筑中獨(dú)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(jià)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(duì)保護(hù)和開發(fā)我國(guó)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(yàn)和模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)其獨(dú)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(duì)按照《營(yíng)造法式》制作的單鋪?zhàn)鳌射佔(zhàn)鲄f(xié)同工作、四鋪?zhàn)鲄f(xié)同工作模型的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，可以看出鋪?zhàn)鲗又饕曰谱冃螢橹?。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(gè)重要原因。鋪?zhàn)鲗拥臏厍€呈平行四邊型。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析相一致，滯回面積飽滿，說明鋪?zhàn)鲗泳哂辛己玫暮哪茏饔?。鋪?zhàn)鲗拥牧W(xué)模型屬于線性強(qiáng)化彈塑性模型。根據(jù)試驗(yàn)得出的恢復(fù)力模型反應(yīng)了鋪?zhàn)鲗拥幕謴?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(dòng)力分析計(jì)算研究。　　　　通過對(duì)按照《營(yíng)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(diǎn)木構(gòu)架模型的水平低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究，得到了透榫節(jié)點(diǎn)、燕尾榫節(jié)點(diǎn)及CFRP加固燕尾榫節(jié)點(diǎn)的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點(diǎn)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(diǎn)剛度比燕尾榫的大。破壞的燕尾榫節(jié)點(diǎn)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(duì)按照《營(yíng)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。選用El Centro波、Taft波、蘭州波作為輸入地震動(dòng)。測(cè)量了不同波形、不同地震激勵(lì)作用下臺(tái)面、柱腳、柱頭、頂層術(shù)梁的位移、速度和加速度響應(yīng)。對(duì)模型的破壞形態(tài)、自振周期、阻尼比、動(dòng)力響應(yīng)、能量耗散進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：模型的自振周期和阻尼比隨著地震激勵(lì)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(dòng)力放大系數(shù)小于1，且隨著地震激勵(lì)的增強(qiáng)而減小。鋪?zhàn)鲗?、柱礎(chǔ)層都是通過摩擦滑移來(lái)耗能。柱架榫卯節(jié)點(diǎn)的耗能能力最強(qiáng)，在模型的耗能、減震中起著主要作用?！　　　?對(duì)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(diǎn)用碳纖維布(cFRP)進(jìn)行加固，并進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。選用El Centro波、Taft波、蘭州波作為輸入地震動(dòng)。采用多點(diǎn)多指標(biāo)同步測(cè)量了柱腳、柱頭、頂面的地震響應(yīng)。對(duì)CFRP加固模型的破壞形態(tài)、動(dòng)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(lì)的增加而增加；加固模型的動(dòng)力放大系數(shù)β隨著地震激勵(lì)的增加而減小，中震后β值小于1；CFRP加固模型的鋪?zhàn)鲗?、柱礎(chǔ)層都是通過摩擦滑移來(lái)耗能，CFRP加固節(jié)點(diǎn)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?！　」?54頁(yè)

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