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。     

基于ABAQUS的不同加固措施的榫卯节点研究

为研究不同加固方式对榫卯节点应力和挠度的影响,提出6种加固方式,采用ABAQUS软件建模分析节点加固后性能提升情况。结果表明:双侧弧形软钢加固、钢箍加固、双侧弧形软钢和钢箍组合加固、扒钉加固、钢夹板加固、扒钉和钢夹板组合加固时,榫卯接头根部的最大米泽斯应力分别为35.2、10.6、10.6、2.6、3.0、1.6 MPa,梁最大挠度分别为0.8、0.54、0.51、0.7、0.83、0.67 mm,榫卯节点加固后最大应力和最大挠度均得到有效降低,最大应力减少率分别为55.27%、86.53%、86.53%、96.70%、96.19%、97.97%,最大挠度减少率为79.54%、86.19%、86.96%、82.10%、78.77%、82.86%,双侧弧形软钢加固对节点应力减少最少,6种加固方案均能使最大挠度得到有效降低。研究结论为木结构房屋抗震预加固和受损后修缮提供参考。     

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。     

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。     

国外木结构建筑的抗震性能研究

根据国外的有关文献资料，论述了影响木框架结构抗震性能的主要因素以及木框架建筑的震害调查结果，介绍了目前木框架建筑抗震研究的最新成果。     

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。     

穿斗式木结构直榫边节点承载性能试验研究

以传统民居穿斗式木结构直榫边节点为研究对象,分析节点承载机制,并设计制作3套杉木结构直榫边节点足尺试件(对照组1套、扒钉加固1套、角钢加固1套),进行低周往复加载试验。研究结果表明:直榫边节点破坏模式主要表现为节点木材横纹压屈变形和节点拔榫,滞回曲线轮廓均呈反“Z”形状,且呈现较明显的捏缩现象。与未加固节点相比,加固节点的承载性能均有所提高;扒钉加固节点在扒钉脱落失效前提高了节点刚度、累积耗能及变形能力,角钢加固节点在穿枋断裂前显著提高了节点刚度、累积耗能及变形能力。     

残损古建筑木结构力学性能相关研究进展与展望

古建筑木结构具有极其宝贵的历史文化价值、艺术价值和科学研究价值,但在环境侵蚀、人为损坏以及自然灾害等影响下,其材料、构造与结构等方面都会产生不同程度的损伤,对结构的承载能力、稳定性以及安全性造成不利影响。结合古建筑木结构残损与破坏特点,总结了近年来国内外对木材性能,榫卯节点、斗拱节点以及梁、柱等典型构件残损,以及整体结构抗震性能等方面的理论、试验与数值模拟等研究现状,重点分析了残损对古建筑木结构承载能力和抗震性能的影响,在此基础上探讨了基于残损的古建筑木结构力学性能研究发展趋势并进行展望,以期为木结构古建筑的预防性保护未来研究课题提供参考。     

我国穿斗式木结构建筑研究现状与发展建议

穿斗式木结构建筑是指由穿枋与立柱通过穿插形成的木构架为支撑体系的建筑形式,具有安全耐用、抗震性能好、建造成本低等特点,是我国古代最受欢迎的民用建筑类型之一。通过对传统木结构建筑特点、研究现状及存在问题的阐述与探讨,提出运用现代木结构设计与建造方法,对传统穿斗式木结构进行转型升级,以推动其高质量发展。这对于继承和发扬传统建筑建造技术,促进具有中国特色的现代木结构发展具有重要意义。     

模块化木结构建筑及节点连接设计制造研究

模块化木结构建筑设计制造具有集成化程度高、组装快捷高效、产品收益好等优势。通过以模块化为核心,梳理模块化木结构建筑设计生产流程等环节,在关键技术剖析的基础上,阐述其相较传统工地建造模式的优势。提出连接节点为关键强化模块化设计的重要性,设计了4种节点连接方式并进行性能模拟分析验证,对其耐久性及气密性进行了分析。对我国模块化木结构设计制造可起到一定借鉴与指导作用,推动木结构建筑产业长效发展。     

现代木结构建筑在森林公园中的应用研究

概述了木结构建筑在国内的应用范围,介绍了现代木结构建筑优点,分析了现代木结构建筑在森林公园中,尤其是在国家级森林公园中的应用优势,为森林公园规划设计中采用木结构建筑提供参考。     

现代人居环境对木结构建筑设计的影响研究

随着国民经济的快速发展以及人们生活条件的逐步提升,人们对于更加舒适、健康、环保的居住环境追求愈发明显。我国现有人居环境对木结构建筑的设计产生了重要影响,木结构建筑发展方向因此得到改变。对我国木结构建筑设计的发展现状、人性化表现以及与人居环境之间的协调性进行综合性阐述,为研究人居环境对木结构建筑设计的影响以及木结构建筑设计的发展方向提供一定的理论支持。     

论木结构建筑设计中儒家思想的传承与发展

儒家思想是渗透到中国古代社会生活各个领域的正统哲学和伦理观念,它对中国木结构建筑有着深远影响。因此,中国木结构建筑的研究不应该只从"历史"和技术发展入手,还要将文化和建筑的发展结合起来。介绍并分析了儒家文化对中国古代木结构建筑发展的影响,概述儒家思想影响下的中国古代木结构建筑哲学,分析了木结构建筑设计中儒家思想传承与发展的不足,并提出了相应对策,以期为中国木结构建筑的创新和发展提供借鉴。     

典型直榫梁柱节点在现代木结构中的应用研究

基于Abaqus有限元分析,对不同榫长的实木榫卯连接梁柱节点和榫长为75 mm的不同层数的正交胶合木(CLT)榫卯连接梁柱节点进行数值模拟,分析其受力状态并提取荷载-位移曲线,与使用金属连接件连接的梁柱节点承载力进行对比,探究将榫卯连接应用在现代木结构中的理论依据。研究表明:竖向荷载作用下,榫长75 mm的榫卯连接梁柱节点承载能力处于M8和M10螺栓连接梁柱节点的理论承载力之间;当榫长增大时,节点的最大承载力逐渐提高,榫长150 mm的榫卯节点承载力已经略微超过M12螺栓连接时的理论承载强度,说明榫卯连接梁柱节点在承载能力上可以满足现代木结构建筑的使用要求。由于榫卯节点的承载力主要受到顺纹抗压强度的影响,因此相比于实木连接榫卯节点,CLT榫卯节点的承载力无显著提高。     

轻型木结构建筑台风荷载响应研究进展

主要介绍了国内外轻型木结构建筑台风荷载响应的相关研究。简述了台风对木结构建筑作用的分析与计算方法;详细介绍了佛罗里达国际大学风墙实验;概述了用于预测风致荷载响应的有限元数值模型建模技术的发展与模型的加载和验证方法;分析了建模方法对结构行为的影响。该文可为轻型木结构建筑的风工程学理论、材性研究及防台风的设计提供借鉴。     

木结构燕尾榫节点应力分析研究

以古建筑中燕尾榫节点为研究对象,依照《营造法式》“材分制”标准,设计三个不同模型比例的二等材燕尾榫节点和一个三等材燕尾榫节点,基于ABAQUS对其进行单调加载与低周循环加载模拟试验,得到燕尾榫节点的拔榫量转角关系与应力状态。试验结果表明:节点模型比例越大拔榫量越大,且同模型比例下二等材较三等材拔榫量更大;模拟中榫头顺纹方向、剪应力均未超过应力极限,而横纹径向除节点YS-3外均达到屈服,进入弱强化段;榫头等效塑性应变(PEEQ)值呈线性增长,在榫头端部的PEEQ值最小,榫颈处PEEQ值达到最大。     

生态养老背景下木结构建筑发展探析

木结构建筑具有自然舒适、绿色环保、节能保温以及防震减灾等特点,在生态养老领域具有很好的发展前景。介绍了木结构建筑概况,分析了老年人的生态养老需求,从适老化、绿色智能和文旅康养等方面,对木结构老年建筑发展进行展望与讨论,提出了完善相关标准规范和政策建议,为促进我国木结构老年建筑发展提供参考。     

蜂窝与微穿孔声学结构研究进展及其在木结构建筑中的应用

声学性能是衡量木结构建筑质量的重要指标之一,也是保障用户居住舒适度的关键因素。主要介绍了国内外蜂窝隔声结构、微穿孔吸声结构和蜂窝与微穿孔复合结构声学性能的相关研究成果,并对其在木结构建筑中的应用进行探讨,以期为今后蜂窝与微穿孔结构的深化研究与木结构建筑声学性能相关的基础应用研究提供理论借鉴。     

开孔洞单板层积材搁栅受力性能分析及胶合板增强研究

分析了开孔单板层积材搁栅的破坏模式,对比了在不同位置处开孔对搁栅破坏的影响,并研究了在孔洞周围使用钉接胶合板进行强化的方法。试验结果表明:开孔严重影响LVL搁栅的力学性能,且随着孔径的增大,承载能力削弱程度增大;在侧边开孔削弱了搁栅的承载能力但对其刚度无影响,在跨中位置开孔削弱了搁栅的承载能力,同时降低了搁栅刚度;在孔洞周围使用钉接胶合板强化法,提高了搁栅的承载能力;增加胶合板厚度和钉子数量,搁栅的承载性能整体呈上升趋势;胶合板对开孔搁栅的强化能力取决于两者间的有效贴合程度。