【摘 要】
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木结构是中国古建筑的重要组成,历经千年岁月仍有留存,然而由于各种自然灾害和人为因素导致现存木结构出现不同程度的损伤,亟待修缮加固。现有研究多是针对完好木构架进行,对残损木构架承载性能认识的缺乏导致修缮工作进展缓慢。因此,本文采用有限元分析方法,借助ABAQUS软件分别对完好、柱脚残损以及考虑地基不均匀沉降的八等材木构架模型进行了水平荷载作用下的正反向单调倾覆分析和动力响应分析,得到如下结果:(1)
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木结构是中国古建筑的重要组成,历经千年岁月仍有留存,然而由于各种自然灾害和人为因素导致现存木结构出现不同程度的损伤,亟待修缮加固。现有研究多是针对完好木构架进行,对残损木构架承载性能认识的缺乏导致修缮工作进展缓慢。因此,本文采用有限元分析方法,借助ABAQUS软件分别对完好、柱脚残损以及考虑地基不均匀沉降的八等材木构架模型进行了水平荷载作用下的正反向单调倾覆分析和动力响应分析,得到如下结果:(1)通过单柱、柱-普拍枋、柱-阑额以及柱-阑额-普拍枋(完好)木构架正向水平倾覆加载分析得出,普拍枋和柱顶、榫头和卯口以及阑额和普拍枋间的摩擦作用提升了结构的抗倾覆能力,并且阑额和普拍枋的联结作用加强了结构的整体性和稳定性。(2)水平加载过程中木构架会产生明显的刚度退化,其刚度退化曲线分为三个阶段,并且各构件之间的接触会影响曲线变化趋势;从能量角度看,水平外荷载输入结构的能量主要转化为弹性应变能、摩擦耗能和重力势能,加载位移较小时弹性应变能占比较大,位移较大时摩擦耗能和重力势能占比较大。(3)考虑地基沉降的木构架正向(向非沉降端加载)峰值荷载和正向刚度大于完好木构架,而反向(向沉降端加载)峰值荷载和反向刚度小于完好木构架,下降幅度达30%;柱脚残损导致木构架水平承载力降低,但不影响刚度退化曲线变化趋势。(4)对完好木构架简谐波作用下的动力响应分析表明,简谐波幅值较小时,木构架对柱顶加速度有放大作用,幅值较大时有削弱作用;木构架的最大层间位移角在各工况下均没有超过限值(1/16)。(5)柱脚残损不影响木构架的加速度、相对位移变化规律,地基沉降使木构架柱顶相对位移增加,最大可达251.41mm,远超过柱径一半(172.8mm);柱脚残损木构架的最大层间位移角和完好木构架相近,地基沉降木构架的位移角基本都大于完好木构架,最大可达1/8,但是结构并未倒塌。
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