学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多层殿堂式木结构古建筑尚有阁的结构及抗震性能研究

作　者: 李鹏飞
导　师: 高大峰
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 中国木结构古建筑多层殿阁式木结构古建筑钢筋混凝土结构仿古建筑榫卯连接柱脚连接静力分析动力分析
分类号: TU366.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 68次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

中国木结构古建筑是中国历史文化的宝贵遗产，几千年来它不断丰富、发展，形成了博大精深的、迥异于世界任何其它建筑体系的独特奇观。本文以双层殿堂式木结构古建筑尚友阁为研究对象，通过模型建立、软件分析和数据处理，对其结构与抗震性能做深入的研究。首先，本文对榫卯连接、斗栱（铺作层）及柱脚连接进行了相应的研究。文中该部分首先总结了以往相关研究成果，给出了榫卯节点刚度简化计算公式、斗栱在水平荷载和竖向荷载作用下的P-Δ模型、斗栱在水平和竖向地震作用下的运动方程以及柱脚与柱础间的连接特点。然后借助ANSYS有限元软件，运用非线性接触单元建立榫卯连接和柱脚与柱础间连接的有限元模型，运用杆件单元与弹簧单元建立斗栱有限元模型。通过软件分析与数据处理，推导出榫卯节点各方向的刚度数值，验证了整体模型中斗栱建模方式的合理性以及柱脚连接在不同等级地震力作用下的位移特点。其次，本文运用ANSYS10.0软件建立二层殿堂式木结构古建筑尚友阁的整体有限元模型及其对应的钢筋混凝土结构仿古建筑有限元模型，通过静力与动力分析，研究多层殿堂式木结构古建筑的结构特点与抗震隔震性能。其中，木结构模型的榫卯连接、柱脚与柱础间连接以及斗栱中斗与栱类构件的连接均采用Combin14组合弹簧单元模拟，柱、梁、枋、椽等主要受力构件均采用Beam44单元模拟。（1）通过静力分析，可以看出尚友阁结构匀称、受力均匀合理。同时两个模型均远未达到各自的材料强度。初步证明中国木结构古建筑各构件在正常使用状态下有较大的强度裕度，木材基本处于弹性阶段。（2）通过模态分析，得出两模型的前十阶振型及周期。通过对比发现，尚友阁木结构模型的自振周期比其对应的钢筋混凝土结构仿古建筑模型的自振周期要大很多，前三阶周期高达八倍左右。说明木结构古建筑特殊的结构特点及材料属性，使其具有较好的延性，对结构自身抗震有利。（3）通过对尚友阁木结构有限元模型及其对应的钢筋混凝土结构仿古建筑有限元模型的时程分析，得到不同位置处（2-C柱对应的柱脚、一层标高、柱顶以及屋顶脊槫处）节点的位移与加速度时程曲线。通过对数据分析与整理，发现木结构古建筑具有很好的隔震性能，其中柱脚、梁架、斗栱每层都具有很好的减震隔震效果，加速度峰值从低到高逐层递减，整个建筑的总动力系数在0.47左右。而混凝土结构仿古建筑有限元模型的加速度峰值从低到高却逐层增加，在70gal Taft波作用下，一层标高处加速度峰值达到木结构模型的7倍之多，柱顶甚至达到15倍。通过两个模型的分析比较可以深刻地体现出：多层殿阁式木结构古建筑由于具有柱脚与柱础间浮摆式连接、梁柱间的榫卯连接、斗栱连接这三种构造特点以及木材特殊的材料属性，使得该类建筑具有很好的延性特点，在传递地震激励时层层减震，达到很好的减震耗能效果，体现出“以柔克刚”的防震理念。本文分析及计算结果为中国木结构古建筑的维修加固和保护提供了理论依据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-20
  1.1 木结构古建筑的研究意义  10
  1.2 中国木结构古建筑研究的历史和现状  10-14
    1.2.1 历史上以实用性为主的论著  10-12
    1.2.2 从形制、构造、文化、艺术及技术等方面对古建筑的整理与研究  12
    1.2.3 从结构特性及抗震性能等方面对古建筑的研究  12-14
  1.3 木结构的特点  14-17
    1.3.1 木材的基本特性  14-15
    1.3.2 中国木结构古建筑的结构特性  15-16
    1.3.3 中国古建筑选用木材的原因  16-17
    1.3.4 中国木结构古建筑存留极少的原因  17
  1.4 仿古建筑  17-18
    1.4.1 仿古建筑研究的意义  17-18
    1.4.2 仿古建筑建造的一般原则  18
  1.5 本文研究的内容和方法  18-20
2 尚友阁形制简介  20-26
  2.1 中国木结构古建筑的基本组成  20-23
    2.1.1 台基  20
    2.1.2 柱础与柱  20-21
    2.1.3 墙壁  21
    2.1.4 梁架  21-22
    2.1.5 斗栱  22-23
    2.1.6 屋顶  23
  2.2 尚友阁  23-25
    2.2.1 尚友阁的形制特点  23-25
    2.2.2 尚友阁所在地区的抗震设防信息  25
  2.3 本章小结  25-26
3 有限元分析理论  26-32
  3.1 ANSYS 软件简介  27
  3.2 有限元分析的基本步骤  27
  3.3 本论文建模所用单元的介绍  27-29
  3.4 接触分析理论  29-31
    3.4.1 接触的基本概念  29-30
    3.4.2 接触协调条件  30-31
  3.5 材料属性的选择  31
    3.5.1 木材材料属性  31
    3.5.2 混凝土材料属性  31
    3.5.3 柱础石材料属性  31
  3.6 本章小结  31-32
4 榫卯连接、斗栱和柱脚连接的结构性能分析  32-54
  4.1 木结构的材料特性分析  32-35
    4.1.1 利用正交对称原理建立木材的基本力学方程  32-33
    4.1.2 木材强度特点  33-34
    4.1.3 木材的弹性模量  34-35
  4.2 榫卯结构特性分析  35-42
    4.2.1 榫卯  35-36
    4.2.2 榫卯节点模拟方法总结  36
    4.2.3 榫卯简化模型  36-37
    4.2.4 通过公式计算榫卯刚度  37-38
    4.2.5 通过 ANSYS 接触分析推导榫卯刚度  38-42
  4.3 斗栱结构特性分析  42-50
    4.3.1 斗栱在水平荷载作用下的结构性能  42-44
    4.3.2 斗栱在竖向荷载作用下的结构性能  44-46
    4.3.3 斗栱在地震作用下的运动方程  46-48
    4.3.4 斗栱建模方法合理性分析  48-50
  4.4 柱脚与柱础之间的连接  50-52
    4.4.1 利用底部剪力法原理说明柱脚接触特性  50
    4.4.2 用接触分析模拟柱脚接触特性  50-52
  4.5 本章小结  52-54
5 多层殿堂式木结构古建筑尚友阁的结构与抗震性能分析  54-78
  5.1 模型建立  54-56
  5.2 静力分析  56-58
    5.2.1 荷载计算  56
    5.2.2 静力分析计算  56-58
  5.3 模态分析  58-62
    5.3.1 模态分析的基本原理  58-60
    5.3.2 模态分析过程  60-62
  5.4 动力时程分析  62-75
    5.4.1 时程分析方法的基本理论  62-66
    5.4.2 地震波的选择  66-67
    5.4.3 动力时程分析过程  67-75
  5.5 本章小结  75-78
6. 结论和展望  78-80
  6.1 主要研究内容和结论  78-79
  6.2 展望  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读硕士研究生期间发表的论文  86

多层殿堂式木结构古建筑尚有阁的结构及抗震性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文