基于材料特性的仿古建筑斗栱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究.pdf

1、在立柱和橫梁交接處,從柱頂上加的一層層探出成弓形的承重結(jié)構(gòu)叫栱,栱與栱之間墊的方形木塊叫斗,合稱斗栱,也作枓栱。古代建筑斗栱節(jié)點(diǎn)均使用木質(zhì)材料,現(xiàn)代仿古建筑中開始出現(xiàn)混凝土、金屬等材料制作的仿古斗栱節(jié)點(diǎn)。由于材料的不同,由其構(gòu)成的斗栱節(jié)點(diǎn)在力學(xué)性能上也會出現(xiàn)不同,最終會影響整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和力學(xué)性能。目前國內(nèi)外學(xué)者大都針對木制斗栱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行各方面的研究,而對于其他材料斗栱節(jié)點(diǎn)的研究幾乎沒有,因此,本文從材料方面針對斗栱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)進(jìn)行了研

2、究。
　　首先,本文對中國古建筑的發(fā)展歷程做了介紹,并對于古建筑中重要的部分斗栱節(jié)點(diǎn)的起源和發(fā)展歷程做了詳細(xì)的介紹,對斗栱節(jié)點(diǎn)國內(nèi)外研究的資料進(jìn)行了收集分析,了解了斗栱的研究現(xiàn)狀。
　　第二,以山西省運(yùn)城市新絳縣文廟大殿斗栱為原型并參照清式斗栱的基本構(gòu)造按照1斗口=40mm的比例進(jìn)行木制斗栱模型設(shè)計制作,通過對該模型進(jìn)行力學(xué)試驗,得到了木制斗栱的材料性能(落葉松木),木制斗栱節(jié)點(diǎn)的荷載-位移曲線。并對該節(jié)點(diǎn)各構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行了

3、測試得出了各構(gòu)件的荷載-應(yīng)變曲線,同時通過動力學(xué)試驗得到該斗栱節(jié)點(diǎn)的阻尼特性和自振頻率。這些測試結(jié)果不僅能夠為其它材料節(jié)點(diǎn)的有限元分析提供翔實(shí)的參數(shù),而且還可以為以后類似的模型試驗提供參考。
　　第三,在研究了斗栱節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模型和計算模型后,基于有限元軟件ABAQUS建立了試驗?zāi)Ｐ偷木?xì)化有限元模型,并對試驗過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與試驗吻合良好,從而驗證了有限元模型及計算方法的正確性。通過試驗和數(shù)值分析可知,斗栱節(jié)點(diǎn)的豎向撓

4、度,隨著靜力荷載的增加而增加;當(dāng)荷載作用斗栱節(jié)點(diǎn)時,斗栱節(jié)點(diǎn)昂構(gòu)件頂面受拉,且應(yīng)變與荷載基本呈線性關(guān)系,隨著荷載的增加而增加,不同構(gòu)件對荷載的變化是不同的。
　　第四,利用有限元軟件ABAQUS建立了斗栱節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模型,分別對木制斗栱節(jié)點(diǎn)、混凝土斗栱節(jié)點(diǎn)和鋼斗栱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了力學(xué)性能分析,發(fā)現(xiàn)混凝土材料的斗栱節(jié)點(diǎn)承載能力最差,鋼材料的斗栱節(jié)點(diǎn)承載能力最大;斗栱節(jié)點(diǎn)大斗構(gòu)件的受力特性與材料無關(guān);斗栱節(jié)點(diǎn)正心萬栱的受力狀態(tài)和材料有一定的關(guān)