七等材木构架的滞回性能与动力性能模拟分析

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中国古建筑木结构在世界历史长河中经历了若干次地震以及累积损伤的侵蚀,仍然屹立不倒。它代表着中华民族的文化与智慧,在文化传承中起着不可替代的作用。研究古建筑木结构的耗能机理以及抗震特性,不仅可以更好地保护古建筑而且可以对现代结构起到借鉴作用。
  本文依据《营造法式》[1]中相关尺寸的规定,建立了七等材具有中国古建木构典型特征的三级配重的无斗栱一榀木构架模型和带斗栱一榀木构架模型。
  (1)对无斗栱一榀木构架模型进行拟静力试验模拟。得到其变形特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及在往复加载过程中的能量转换情况。分析表明木构架的初始刚度较大,随着加载的进行,刚度逐渐退化,且竖向配重越大,退化速率越快。能量转换主要有三个途径:滞回耗能、质量块的抬升以及结构的弹性变形。通过定量的数据分析得到结构在往复加载过程中三种转换方式的能量占比变化,在加载初期质量块的抬升和结构弹性变形转换能量占比较大,后期滞回耗能和质量块的抬升储能占比较大,在整个加载过程中质量块的抬升储能都是结构能量转换的主要方式。
  (2)对无斗栱和带斗栱木构架模型施加不同频率、幅值的简谐波得到其自振周期,然后选取三条特征周期接近其自振周期的地震波:ElCentro波、Taft波和天津波,进行时程分析。提取柱顶柱底相对位移时程曲线及关键点的加速度峰值,对两种木构架的动力特性进行分析。结果表明:带斗栱木构架的自振周期略大于无斗栱木构架的自振周期;竖向配重越大、地震波强度越高,木构架的减震效果越好;两种木构架的层间位移角均较小,木构架具有良好的耗能能力,其中带斗栱木构架的减震效果更好,耗能能力更强。
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