古建筑木结构多发残损的特征及防控分析

以古建筑木结构的现场勘察大数据为研究对象,通过构件外部开裂、竖向变形、隐蔽处腐朽、内部腐朽、虫蛀等残损信息的统计分析,开展古建筑木结构多发残损的特征和防控研究。研究发现,构件的开裂大多并不影响结构安全,但应关注大跨度梁和枋的竖向变形及其下部是否存在断裂迹象;构件的腐朽多出现在埋墙柱和檩的隐蔽处,主要因潮湿和通风不良等环境所致;构件的虫害防治应防重于治,其害虫多来源于原木料、修缮木料或其他木质材料等。通过研究分析木结构古建筑中影响结构安全的残损特征和残损区域,并根据残损成因分析提出针对性防控措施,可更好地保护木结构古建筑。     

中国传统木结构榫卯连接节点力学性能研究进展

榫卯是指木结构建筑中柱、梁等构件连接在一起的一种凹凸结合的连接方式。然而,木材作为一种生物材料,随着使用年限的延长,出现的干缩湿胀、开裂变形等损伤会对榫卯连接节点的连接特性造成不良影响,因此,探究木结构榫卯连接节点的力学性能对建筑结构的安全性能具有重要意义。在木结构建筑中,榫卯连接节点的构造多种多样,力学特点和传力机制也各不相同。根据榫卯连接节点在木结构建筑中使用功能将其分为公母榫、直榫、燕尾榫、管脚榫、馒头榫和搭扣榫等六大类,简要介绍了各类榫卯连接节点的结构特点和应用情况。综述了常见榫卯连接节点半刚性的连接特性和节点刚度的求解方法,总结了不同种类榫卯连接节点和模拟残损榫卯连接节点的抗震性能及木结构建筑模型中的榫卯连接节点在人工模拟地震中位移响应和加速度响应的相关研究,概述了常见榫卯连接节点在外力作用下的破坏形式及破坏特征。根据榫卯连接节点的破坏形式,重点从金属构件和纤维增强复合材料两个方面对榫卯连接节点的加固效果进行归纳。总结了有限元分析法在榫卯连接节点力学性能方面的相关研究,指出了榫卯连接节点力学性能研究存在的问题,提出了榫卯连接节点研究的相关建议及其发展方向,以期为榫卯连接节点在现代木结构建筑中的应用提供新思路。     

单层球面木网壳结构研究现状

单层球面木网壳结构是具代表性且应用较多的一种大跨空间木结构形式。从单层木网壳整体结构、节点形式及其力学性能等方面,阐述了国内外单层球面木网壳结构的相关研究与应用成果,提出了单层球面木网壳结构研究中需关注的几个问题,如抗震性能、施工误差影响、新型节点形式的研究等,对我国今后的大跨度木结构研究与应用具有一定的参考意义。     

带有轻钢剪力墙加固的榫卯木框架抗震性能分析

中国传统木结构建筑可以通过设置剪力墙提高抗震性能,而轻钢剪力墙具有抗剪能力大、横向位移刚度大等优点,是木结构的理想加固构件。本研究创新性地将轻钢剪力墙作为加固件置入榫卯木框架中,采用ABAQUS有限元软件分别建立了有无轻钢剪力墙的榫卯木框架模型,并对其抗震性能进行对比。通过输入同等级不同种类和同种类不同等级的地震波,对木框架进行罕遇地震下的动力时程分析,得到了不同工况下两组木框架各层关键节点的加速度响应、位移响应和结构应力特征。结果表明：设置轻钢剪力墙后,结构的自振频率大幅度增加,在地震波激励下,木框架的层间位移减小,结构稳定性增强。由于轻钢剪力墙承担了一部分应力,因而榫卯节点的承载能力提升,木框架的抗震性能有所增强。     

传统木结构穿销式榫卯节点抗震性能分析

为研究不同穿销类型榫卯节点的抗震性能,考察了榫高、榫厚、柱径对节点力学性能的影响,采用有限元软件建模对榫卯节点进行拟静力分析,得到3类试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力等抗震指标。结果表明：3类穿销榫卯的滞回曲线均呈现明显的Z型,捏缩效应较明显,3类试件的承载力相差不大;榫高、榫厚、柱径对榫卯节点的承载能力有显著影响,节点承载能力随榫厚、柱径增大而增大,随榫高的增大先增大后减小;根据穿销榫卯的骨架曲线建立了节点的弯矩-转角双折线模型,探讨了榫高、榫厚、柱径对模型参数的影响。在木结构设计中,应综合考虑榫卯尺寸变化对节点力学性能的影响。     

木结构中钉节点性能影响因素的研究进展

笔者主要回顾木结构中钉节点性能的研究进展,通过对材料性质、节点形式、加载方式等方面的研究,推导钉节点性能理论计算模型。系统介绍钉连接国内外研究现状,对钉连接节点研究进展进行系统概述,阐明木结构中钉节点对结构的重要性,以期为木结构未来发展提供借鉴。     

日本预制装配式框板胶合木结构的技术特点及研究现状北大核心

木结构是日本住宅建筑的最主要结构形式,其中预制装配式框板胶合木结构经历了约50年的研究和发展,以结构的坚固耐久性以及生产施工的预制化、标准化著称。本文对其结构特点、生产施工等方面进行总结,并对其近年开发的抗震性能测试方法进行介绍,期望为中国木结构的开发及生产提供参考。     

日本预制装配式框板胶合木结构的技术特点及研究现状

木结构是日本住宅建筑的最主要结构形式,其中预制装配式框板胶合木结构经历了约50年的研究和发展,以结构的坚固耐久性以及生产施工的预制化、标准化著称.本文对其结构特点、生产施工等方面进行总结,并对其近年开发的抗震性能测试方法进行介绍,期望为中国木结构的开发及生产提供参考.     

轻型木结构剪力墙木骨架的抗侧性能

轻型木结构是以规格材作为木骨架,通过木基结构板材或石膏板覆面而成的木结构建筑,规格材与规格材、骨架与面板之间通过钉子连接。轻型木结构墙体在试验研究和实际工程中的破坏往往是由钉节点失效导致的,面板钉节点破坏后水平侧向力仅由木骨架承担,因此,单独研究木骨架水平抗侧力很重要。为了解剪力墙中木骨架在单独作用时的最大承载能力与荷载-位移的关系,首先通过试验研究骨架钉和骨架钉节点力学性能以及空木骨架抗侧性能关系,推导出钉节点计算公式;再通过木骨架几何构造导出自身惯性矩,在水平力作用下,木骨架侧向变形主要由木骨架弯曲变形、骨柱轴向变形、骨架钉节点拔出、剪切和弯曲变形共同作用所至,通过木骨架力矩平衡和钉节点数据分析,导出木骨架抗侧性能计算公式。结果表明:理论推导骨架钉节点计算公式与试验结果相符合;木骨架侧向变形公式仅考虑荷载上升阶段,理论与试验结果相吻合,钉节点抗弯性能和边骨柱钉子拔出对木骨架抗侧承载能力影响最显著。减小木骨架高宽比和骨柱间距、增大其宽度有利于提高木骨架的抗侧承载能力。     

木结构榫卯节点抗震性能及震后加固修复研究进展

总结了国内外有关传统木结构常用榫卯节点抗震性能的研究进展,主要包括直榫连接与燕尾榫连接,同时介绍了扁钢、马口铁与碳纤维布三种木结构榫卯节点加固修复方法的相关研究成果,并对今后进一步研究提出建议,以期为木结构建筑震后加固与修复及我国古木建筑保护提供参考。     

古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer,FRP）与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。     

明清时期木结构建筑风格分析及其保护

我国木结构建筑历史悠久。分析了明清时期建筑物类型以及木结构建筑的规模、构造特点等,阐述了明清木结构建筑文化元素,并结合这些分析对当代建筑以及古建筑保护等方面提出了建议,旨在为木结构建筑的保护和相关设计提供参考。     

基于ABAQUS不同节点的木构架分析北大核心

为了解木结构建筑不同节点形式抗震性能与受力特性,通过ABAQUS有限元软件建立了透榫和燕尾榫两种榫卯节点,柱脚节点分别为柱脚固接、柱脚带销节点(管脚榫)以及柱脚平置浮搁的木构架模型。在不同单柱轴力的情况下对其进行低周往复荷载模拟,研究木构架循环受力过程的柱脚应力分布特征以及抗震性能,探讨不同轴力、不同柱脚节点、不同榫卯节点对木构架的影响,并基于骨架曲线提出了柱脚平置浮搁木构架的水平荷载-水平位移简化双折线模型。结果表明:在往复荷载下,当柱脚节点为管脚榫和柱脚平置浮搁时,木构架会类似于摇摆柱,表现为柱脚翘起,反复抬升。相对于柱脚固接与透榫木构架,管脚榫、柱脚平置浮搁与燕尾榫木构架的滞回曲线更加饱满,耗能能力更强。柱脚固接木构架有更强的刚度与水平承载力。随着轴力的上升,木构架的刚度与水平承载力也随之上升。研究成果可为传统木结构建筑的保护与状态评估提供基础。     

木结构屋顶与墙体连接力学性能的研究进展

对木结构屋顶-墙体连接(RTWCs)力学性能研究进行综述。主要介绍了RTWCs节点的力学性能、风荷载下RTWCs力学性能的影响因素,以及数值模拟在木结构RTWCs抗风性能研究中的应用,提出了有关RTWCs力学性能研究的几点建议,旨在为我国木结构建筑抗风性能研究提供参考。     

冷杉木材与不同覆板材料钉连接节点的动态荷载性能研究

钉连接是木结构中重要的连接节点,在轻型木结构建筑的剪力墙中起到重要的承载作用。不论国内还是国外,结构胶合板、定向刨花板、冷杉木材都是木结构建筑中主要的建筑材料。笔者研究了不同覆板类型与冷杉木材钉连接的动态荷载性能,对不同厚度胶合板、定向刨花板、钉直径与冷杉的连接性能进行了对比(静态荷载和动态荷载)研究。结果表明,钉直径、覆板种类和厚度对动态载荷性能、破坏位移影响显著,10D钉连接冷杉和不同覆板材料时,连接性能最佳;相同厚度的定向刨花板比结构胶合板与冷杉的连接性能好;厚度为16 mm的结构胶合板具有良好的连接性能。本研究为轻型木结构的建造提供理论和实际测试依据。     

穿斗式木结构榫卯节点加固的抗震性能研究

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。     

基于物元模型的古建筑木结构健康诊断与安全评价研究北大核心

古建筑木结构的健康诊断与安全评价对于古建筑维修与保护具有重要研究价值,为科学有效地评价木结构健康诊断状态,应用可拓集合理论将木结构健康状态、评价指标及其特征值作为物元,对评价标准及实测数据进行归一化后,得到模型经典域、节域、权系数及关联度,进而建立木结构健康诊断的物元模型,并合理应用到青城山黄帝殿安全评价中。研究表明:依据综合关联度评价分级,黄帝殿的震后结构健康状态为差,破坏等级为中等破坏,符合实际震后破坏状况,物元模型能够有效克服评价存在的主观性与信息屏蔽问题,为一种实用有效的古建筑木结构健康诊断评价方法。     

正交胶合木结构抗震研究进展

正交胶合木(CLT)结构板材物理特性良好,与连接件有效配合,在地震条件下抗震性能表现优越。通过分析欧洲和加拿大最新修订的CLT结构标准,对减震系数q和超强度系数γRd进行论述。同时,针对部分CLT结构试验测试结果,按连接件、剪力墙和整体结构分类展开讨论,并阐述了抗震技术领域最新研究成果,以期为正交胶合木结构抗震性能研究提供参考。     

木结构直透榫节点加固试验及有限元分析北大核心

为研究钢板阻尼器加固木结构直透榫节点的抗震性能,对加固前后的试件开展拟静力试验及数值模拟。结果表明:采用钢板阻尼器加固节点后,试件节点处应力明显降低,主要应力集中在钢板核心处,滞回曲线的捏缩效应明显降低,榫卯节点的承载力和刚度都得到有效提升;试验结果与模拟结果较为吻合。     

基于锤击法的新型竹结构房屋动力特性测试

发生在2008年的5.12汶川大地震给我国造成了重大的人员伤亡和财产损失,使得广大工程人员与科研工作者对于建筑结构的抗震性给予了更高的关注。相比于混凝土、钢材等传统建筑材料,竹(木)质材料具有低碳、绿色、可再生等特点。我国是竹资源大国,竹材数量众多且分布广泛。目前,基于竹质基材,可以通过现代化的处理技术和加工手段,得到材质均一、强度高、刚度大性能优异的竹质深加工产品。研究团队将竹胶合板、竹重组材、竹层积材等作为建筑材料,采用新型结构形式建造了一栋全竹质结构二层单体小楼。为了研究该竹质结构房屋的动力特性以及抗震性能,根据竹结构房屋的特点,笔者通过锤击激振法对其进行动力学模态测试,得到了该房屋的主振频率、阻尼、振型等数据。分析后认为该新型结构房屋结构平面规整,阻尼特性合理,符合抗震规范的要求。为了工程应用与推广,研究了国内外相关木结构规范和标准,结合我国抗震规范要求给出了竹结构房屋抗震设计参数的取值建议:即该类型的竹结构房屋可参考木结构设计规范进行工程设计,两种结构能体现相似的动力特性;在考虑抗震设计时,房屋的地震影响系数α可直接取η_2α_(max)。