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。     

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。     

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。     

木结构节点的连接方式与性能

主要介绍榫卯、钉、螺栓、齿板几种主要木结构节点连接方式,从承载力分析、破坏形式及破坏机理入手,系统介绍其连接性能和国内外研究现状。针对目前研究存在的问题,提出几点建议,以期为木结构连接节点的合理选择和现代木结构在中国的发展提供借鉴。     

木结构梁柱间榫卯连接节点性能研究进展

为了促进传统营造技术在现代木结构中的传承应用与创新发展,梳理木结构梁柱间榫卯连接节点、榫卯连接木构架的力学性能及榫卯节点加固方法的研究现状,分析现有研究存在的问题,结合现代工程木产品及加工技术的发展现状,提出梁柱间榫卯连接节点在现代木结构中的应用前景及研究方向。     

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。     

燕尾榫梁柱节点有限元分析及弯矩-转角关系研究

为研究传统榫卯连接方式应用于现代木结构的可行性,设计包含榫头、卯口、塞木和木楔片的燕尾榫梁柱节点,利用ABAQUS软件分析杉木燕尾榫梁柱节点的破坏模式、应力发展和弯矩-转角关系。通过分析梁柱节点受力机理,建立榫头四个挤压区域的几何、物理和平衡关系,推导初始刚度和极限弯矩的表达式,提出基于幂函数模型的燕尾榫梁柱节点弯矩-转角关系公式。验算结果表明,该公式计算的节点初始刚度、极限弯矩,与有限元分析结果仅相差6.46%、2.09%,可用于预测燕尾榫梁柱节点的极限承载力。     

残损古建筑木结构力学性能相关研究进展与展望北大核心

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。     

闽浙木拱廊桥榫卯节点受力性能研究

为研究闽浙木拱廊桥榫卯节点受力性能，本研究建立了廊桥节点有限元模型，并验证了建模方法合理性。研究对直榫节点与燕尾榫节点进行分析，考察了榫头长度、节点连接角度和苗杆直径对节点受力性能的影响。结果表明：随着连接角度、苗杆直径的增大，直榫节点的极限承载力变大，直榫节点的极限承载力随着榫长增加先增大后减小。榫长与苗杆直径的增大可提高直榫节点的初始转动刚度，其中榫长对直榫节点受力性能的影响最为显著。榫长、节点连接角度和苗杆直径增加均能提高燕尾榫节点的初始转动刚度和极限承载力。     

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。     

林产工业专业文摘

<正>木结构螺栓连接的力学性能研究进展螺栓连接已广泛用于现代木结构建筑中,系统研究其力学性能对建筑结构的安全性评估意义重大。文章从螺栓连接强度的预测方法、力学行为模拟、螺栓预紧、螺栓连接的破坏方式,以及抗火抗震条件下的力学性能等方面进行了总结归纳,针对目前的木结构螺栓连接中尚未解决的问题及有待进一步开展的研究项目,建议加强复螺栓连接的力学行为模拟、可靠性评价等研究。[张俊珍,钟永,赵荣军,等.木结构螺栓连接的力学性能研究进展.木材工业,2012,26(4):39-42,52.1     

国内外木结构建筑耐火性能的研究进展

为推动现代木结构建筑在国内的发展,分析了木结构建筑耐火的关键性,重点介绍了近二十年来国内外在木结构建筑耐火模拟测试、建筑及其结构耐火极限试验、防火材料应用和软木制品的保温隔热检测与耐火应用等方面的研究进展及成果。在学习和借鉴的基础上,通过总结国外研究成果和经验,提出目前国内在木结构建筑耐火研究方面尚存在的一些问题,与国外相比研究工作的薄弱环节。建议在国内外已有的木结构建筑相关标准规范基础上,加强国内在木结构建筑防火研究的理论基础工作,尤其是模拟试验研究,为木结构建筑的耐火性能评估奠定基础。同时,强调软木材料自身特性,提出在木结构建筑构件及其连接节点处使用软木材料覆面,在保证实用性的基础上,还起到绝缘、隔热、装饰的作用,进一步提高木构件的防火性能,从而提高建筑整体的耐火性。通过上述分析,以期为我国现代木结构建筑防火优化设计提供有益参考。     

木结构螺栓连接的力学性能研究进展

螺拴连接已广泛用于现代木结构建筑中,系统研究其力学性能对建筑结构的安全性评估意义重大.本文从螺栓连接强度的预测方法、力学行为模拟、螺栓预紧、螺栓连接的破坏方式,以及抗火抗震条件下的力学性能等方面进行了总结归纳,针对目前的木结构螺栓连接中尚未解决的问题及有待进一步开展的研究项目,建议加强复螺栓连接的力学行为模拟、可靠性评价等研究.     

基于响应面法与MOGA算法的竹集成材榫接合椅子节点力学分析及优化

竹集成材是符合“双碳”目标的可持续发展绿色材料,具有“以竹代木”的巨大潜力。本研究借助竹集成材优良材料性能,基于榫卯结构特性,以竹集成材榫接合椅子为例,运用有限元法(FEM)进行椅子静载荷及耐久性分析,探究竹集成材榫接合椅子及榫接合节点力学特性,搭建响应面模型求解竹集成材T型椭圆榫接合节点榫卯尺寸与其最大等效应力、总形变和最小安全系数的关系,并运用MOGA多目标遗传算法以形变最小化、安全系数最大化为优化目标,进行榫卯尺寸优化。结果表明：竹集成材榫接合椅子静载荷分析所得椅子最大等效应力为6.818 MPa,位于座面大边与椅后腿榫接合节点;最大等效应变值为4.245×10^-3,位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点;椅子发生的最大形变为4.433 mm,分布在椅子靠背位置。椅子耐久性分析所得最大等效应力及最大等效应变均位于椅子扶手与椅后腿榫接合节点,分别为4.999 MPa和3.113×10^-3;椅子整体发生的最大形变为3.251 mm,位于椅子靠背上端。由竹集成材T型榫接合节点响应面分析可知,椭圆榫接合节点的最大等效应力及最大形变随着榫头厚度a及榫头长...     

花旗松与云杉木材钉连接节点侧向抗拉力学性能比较研究

钉连接是木结构中重要的连接节点,在剪力墙中起到重要的承载作用。笔者针对轻型木结构建筑剪力墙关键的连接节点,对花旗松、云杉与不同厚度结构胶合板、定向刨花板用不同结构单钉连接的30种连接节点的侧向抗拉力学性能和破坏位移进行了比较研究。研究结果表明,钉子的尺寸、覆板种类与花旗松和云杉木材形成的连接节点侧向抗拉力学性能和破坏位移影响显著。6D钉连接花旗松侧向抗拉力值大于云杉;8D钉连接云杉侧向抗拉力值大于花旗松;10D钉连接两种木材节点力值趋势一致;花旗松和云杉与不同钉尺度连接节点破坏位移趋势相似,随着钉尺度的增加,破坏位移差异显著;10D钉连接两种木材节点破坏位移趋势一致,云杉与22 mm厚定向刨花板用10D钉连接,节点破坏位移最大。     

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。     

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。     

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。     

CLT结构建筑体系与建筑技术研究进展北大核心

正交胶合木(CLT)作为推动现代木结构建筑向多高层发展的新型工程木产品,近年来的相关研究日益增多,CLT结构建筑因其环境友好性等优势,在当前倡导生态文明、绿色建筑的背景下方兴未艾。对CLT结构建筑体系的组成、形式、体系类型和抗侧性能、节点连接进行总结,梳理了相关研究成果。结合我国国情,提出了研究方向和发展建议,以期促进我国CLT市场的蓬勃发展。     

水青冈木-自攻螺钉复合榫连接节点单剪性能

对比研究自攻螺钉、水青冈木榫和水青冈木-自攻螺钉复合榫3种连接节点的单剪承载性能,采用特征值分析法对单剪力-位移进行分析,获得最大荷载、极限荷载、屈服荷载、初始刚度、延性系数、能耗和最终位移等七个参数。结果表明:1)除了初始刚度,采用自攻螺钉的连接节点承载性能优于水青冈木榫连接节点;2)复合榫连接节点的承载力呈现两个极大值峰,第一个极大值高于水青冈木榫连接节点最大值2 kN,第二个极大值高于自攻螺钉连接节点最大值0.7 kN;3)复合榫连接节点的最终位移介于水青冈木榫连接节点和自攻螺钉连接节点之间,耗能能力和自攻螺钉连接节点相当,其他参数均优于自攻螺钉连接节点和水青冈木榫连接节点。综合参数分析,水青冈木-自攻螺钉复合榫能够有效结合自攻螺钉和水青冈木榫的优良特性