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木结构之直榫和燕尾榫的比较

作者: 更新时间:2021/1/10 12:45:02

在中国古代,木结构的构件主要采用榫卯连接。榫卯节点由榫头和榫眼组成,能够承受一定的弯矩,具有良好的弹性和抵抗水平推力,并允许一定的变形,表现出很强的半刚性特性,可以吸收一定的地震能量,降低结构的地震响应。通过模拟得出以下总结:


实验受力模型

(1)透榫和燕尾榫是典型的半刚性连接,介于铰链和刚性连接之间。它们的共同特点是能转动,能承受弯矩。榫卯摩擦滑移具有耗能减震功能,是古代木结构抗震性能良好的重要原因。

(2)两种榫卯节点由于结构不同,其力学性能也不同。从骨架曲线可以看出,榫的初始刚度较大,刚度衰减缓慢,没有明显的下降截面,强度高于燕尾榫。但燕尾榫的初始刚度较小,刚度衰减比榫快,出现下降段。

(3)两个榫卯节点的滞回曲线呈倒Z形。试验过程与理论分析一致,滞回区饱满,说明它们具有良好的耗能效果。拟合的弯矩-转角方程和恢复力模型反映了半刚性榫卯连接特性的刚度变化规律,适用于类似木结构的静力传递和结构动力分析计算。

(4)两个榫卯节点的刚度变化属于非线性变化,经历了结构连接阶段、滑动阶段、工作阶段和破坏阶段四个阶段。而且从工作阶段到失效阶段刚度大大降低。可见榫卯一旦被拔出或变形过大,就会失去继续承载的能力。这些基础理论可以为古建筑木结构的抗震性能研究和修复加固提供理论依据。


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