最新公告:产品定制须知
古建筑知识

联系人:王先生

手  机:13282000900(微信)

邮  箱:win114@qq.com

Q    Q:1771444277

地  址:浙江杭州建德三都工业园

资讯中心

当前位置:首页 > 资讯中心 > 古建筑知识

榫卯结构连接的力学性能分析

作者: 更新时间:2020/10/17 10:44:04

古建筑木结构种,榫头是必修课,各种连接方式直接考验木艺水平的高低,如徽州木结构古民宅中穿杨、梁等水平构件与竖向构件柱的拉结相交多为半桦和透桦。


透隼


透桦常做成大进小出的形状,又称大进小出桦。所谓大进小出,是指桦的穿入部分,高按梁或仿本身高,而穿出部分,则按穿入部分减半。这样既美观又减小桦对柱子的伤害面。透桦适用于需要拉结,但又无法用上起下落的方法进行安装的部位。半桦的使用部位与透桦大致相同。但除特殊的需要以外,使用半桦是在无法使用透桦的情况下,不得已而为之,如脊柱位于古民宅进深的中间,前后的穿仿都要与脊柱拉结、相交,则必须使用半桦。一般的半桦做法与透桦的穿入部分相同,桦长至柱中。两端同时插入的半桦,分别做出等掌和压掌,以增加桦卯的接触面。半桦的结构作用是较差的,易于出现拔桦现象而导致结构松散。为解决这个问题,古人采取安放关键、雀替或替木的方法。关键,既起连接作用,又防止穿仿由于受拉从柱中拔出,还利于及时维修、更新。雀替或替木安放在梁仿下,减小梁仿的跨度,增大梁杨与柱子的搭接。


半桦和透桦在中国古建筑中都属于直桦。梁或杭上作用竖向荷载时,通过梁或仿传力给樟头,使桦头通过与卯口承压,传给柱子,再传给基础。当荷载较小时,直桦的桦头与卯口底部接触,卯口作为梁的支座,对桦头有支持力N作用,并与竖向荷载平衡,在使用荷载下,梁或杭通常有轻微竖向挠曲变形,结构的桦卯连接处于弹性阶段。当荷载增大后,直桦的桦头在外力竖向荷载作用下发生横向变形,使桦颊与卯口壁挤紧,由于卯口壁对桦头有约束,桦头受力时将产生与外力方向相反的摩擦力f。在弯矩作用下桦头发生转动,它的上表面与卯口内上表面在两者间的缝隙挤紧后而产生挤压应力,桦头下表面对卯口边缘施加压应力,卯口产生局部承压。当弯矩增加时,因为直桦嵌固在卯中,桦有一定长度,限制着桦头的转动,产生塑性变形。在桦颈截面达到极限弯矩,纤维拉断,桦颈发生弯曲破坏。


榫头载荷


在水平荷载作用下,通过桦卯连接柱与梁或杭,桦头受到水平力作用时,在桦头和柱子、卯口之间将产生静摩擦力来阻止外加水平力。而摩擦力与其接触面和正压力相关,正压力越大接触面越粗糙,获得的摩擦力越大。当拉力超过最大静摩擦力时,直桦桦头将被拔出。


在受荷载的最初阶段,桦卯缝隙挤紧,结构构件间产生明显的滑移,说明开始时刚度很小。荷载继续增大,桦头会与卯口侧壁挤紧,在两个侧面上产生摩擦力和法向应力共同抵抗外力作用。随着弯矩和轴力增加,桦卯己逐渐挤紧,限制了梁柱间的自由转动,结构刚度提高,并能承担一定的弯距,明显区别于铰结点。随着荷载的进一步增加直到达到屈服荷载前,桦卯的连接刚度达到最大。其后桦头受到卯口挤压,两侧面受压变形,桦头宽度变窄,根据力的相互作用,卯口内壁凹槽被凸桦桦颊挤胀,滑移量增大。虽然所承受的弯矩仍略有增大,但是节点刚度急剧降低,继续加载由于滑移过大,桦头将会脱卯而出,以至结构破坏。


结构曲线


桦卯在拔出的运动中使结构构件产生了很大的变形和相对位移,不仅改变了结构的整体性,也调整了结构的内力分配。半刚性桦卯连接刚度是随荷载变化而变化的,刚度与连接变形有密切关系。另外,由于桦头与卯口间形成了摩擦滑移,在地震作用下,由于结构松动和构件之间的摩擦可以吸收相当的能量,因而具有减震耗能能力,可以减小上部结构的地震反映。


地址:浙江杭州建德三都工业园邮箱:win114@qq.com手机:13282000900(微信)

版权所有:浙ICP备16046355号-3技术支持:小辉辉

在线客服

设计费咨询13282000900
点击这里给我发消息
造价咨询13282000900
点击这里给我发消息