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古建筑木结构抗震受力机制

作者: 更新时间:2019/8/7 15:03:48

水平地震作用下,古建筑木结构不同于现代建筑结构的耗能机制主要体现在三个方面: 柱架类似“摇摆柱”的减震性能以及榫卯节点变形耗能、枓栱铺作层的挤压变形耗能减震和柱础的摩擦滑移减震、隔震。下面对这三方面逐一详细分析。

通过对古建筑木结构柱础的摩擦滑移隔震机理的深入研究,建立了柱与础石的摩擦滑移隔震模型,并给出了柱脚滑移的判定条件,研究结果表明: 当地震作用强度增加到一定程度时,柱脚发生摩擦滑移,一方面能够通过摩擦耗散一部分能量,改变结构的自振频率,从而改变结构在强震作用下的动力特性,起到减震作用; 另一方面,柱脚的滑移能够提供一部分阻尼,减弱上部结构的有效加速度、相对速度和相对位移谱峰值的传递,起到明显的隔震效果,使得柱脚对地震作用的传递上限为最大静摩擦力的大小; 另外,柱脚在水平反复荷载作用下可以反复抬升和回位,能够有效降低地震作用。

单层殿堂式古建筑木结构动力分析模型.jpg

对于柱架部分,特殊的榫卯节点构造使得古建筑木结构具有不同于现代建筑结构特性,既具有很强的转动能力又能够传递一定的弯矩,具有明显的半刚性特性。通过对柱架的拟静力试验可以发现,在水平荷载作用下,半刚性榫卯节点能够产生一定的挤压变形而具有明显的滞回耗能减震作用; 结合课题组对整体结构的振动台试验可以得出,由于柱脚的平摆浮搁,放松了柱脚与础石之间的相互约束,即柱脚与础石交界面可以抗压但没有抗拉能力,在倾覆力矩作用下,允许柱脚在与础石交界面处发生一定的抬升,往复水平荷载作用下柱脚的反复抬升和回位造成了柱架的摇摆,这一方面降低了强烈地震作用下柱架本身的延性需求,减小了地震破坏,另一方面,也减小了础石在倾覆力矩作用下的抗拉需求,进一步起到减震效果。

通过柱架拟静力试验还可以得出,当达到控制位移卸载之后,应变显示柱本身和阑额( 梁) 构件还处于弹性工作状态,但柱架变形并不能完全恢复,如要恢复其原形,只能反向加载。这充分体现了柱架在往复水平荷载作用下的受力变形主要以侧移为主,类似于结构中的“摇摆柱”。对于枓栱铺作层,通过整体结构振动台试验破坏情况以及四朵枓栱协同工作的拟静力试验结果分析得出: 由于栌枓与普拍枋之间的摩擦耗能、馒头榫弯曲挤压变形耗能以及枓与栱之间榫头的剪切挤压变形耗能和弯曲挤压变形耗能等特性,使得枓栱铺作层在水平地震作用下具有饱满的耗能滞回环,耗能作用明显。

本人转自:

1. 西安建筑科技大学土木工程学院学者

2. 中国建筑西北设计研究院有限公司学者


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