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藏式古建筑木构架梁柱节点力学机理研究

作　者: 李鹏
导　师: 杨娜
学　校: 北京交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 藏式古建筑古木材退化规律梁柱节点数值模拟刚度参数
分类号: TU366.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 92次
引　用: 4次
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内容摘要

藏式建筑属于密梁平顶式构架,其结构体系主要由土石墙体、木柱、木梁、木椽子以及阿噶土楼板共同构成。许多大型的宫殿、寺庙等藏式古建筑能够历经成百上千年而不倒,已经证明了藏式建筑具有良好的耐久性。然而,由于长期受地震、腐蚀等外力作用及自身材料性能退化,结构的承载力和稳定性均有所下降,威胁着古建筑的安全。本文在实地考察的基础上,总结了藏式古建筑的结构特点及典型残损类型,并对结构的传力机理和残损原因做出了初步的理论解释。完成了新旧藏青杨木及替换用松木三种木材的力学性能试验,并对试验结果进行了深入分析和对比;探讨了古木材退化规律及试样指标的变异性,为藏式古建筑木材强度的选取提供了参考。建立了一类普遍的藏式建筑梁柱节点有限元模型,通过数值模拟得到了此类节点的受力特点及破坏模式;分析了弓木长度、歪闪等因素对节点受力的影响,并探讨了暗销在构件连接中的作用。引入空间弹簧单元,简化出了藏式建筑典型梁柱节点连接的有限元模型,并结合数值模拟方法确定了反映节点连接特性的刚度参数K₁和K₂。最后,以一个典型藏式建筑结构模型为算例,分别探讨了两个刚度参数的变化对结构自振特性的影响,为结构动力分析建模提供参考。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 古建筑木结构研究概述  12-15
    1.2.1 结构机理研究  12-14
    1.2.2 古木材性能研究  14-15
  1.3 藏式建筑研究现状  15-16
  1.4 本文主要研究工作  16-17
第2章藏式古建筑结构特点及残损分析  17-33
  2.1 藏式建筑概述  17-22
    2.1.1 藏式建筑的形成历史  17
    2.1.2 藏式建筑的分类  17-19
    2.1.3 藏式建筑结构特点  19-22
  2.2 藏式古建筑的主要残损类型研究  22-29
    2.2.1 木构件的残损和变形  23-28
    2.2.2 墙体的损伤和变位  28-29
  2.3 藏式建筑结构残损机理探讨  29-32
    2.3.1 木材材质缺陷及材性退化的不利影响  29-30
    2.3.2 结构自身构造的影响  30-31
    2.3.3 长期复杂外力的作用  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章藏式古建筑木材材性试验研究  33-44
  3.1 古建筑木材材质特点及变化规律  33-35
    3.1.1 木材力学性能概述  33-34
    3.1.2 古建筑木材材性变化的一般规律  34-35
  3.2 藏式古建筑木材力学性能试验  35-37
    3.2.1 试验背景  35
    3.2.2 测试目标  35
    3.2.3 试验过程  35-37
  3.3 试验结果分析  37-42
    3.3.1 新旧木材力学性能对比研究  37-40
    3.3.2 木材变异性研究  40-42
  3.4 结论及建议  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章藏式古建筑梁柱节点机理分析  44-68
  4.1 藏式建筑梁柱节点的构造特点  44-46
    4.1.1 藏式建筑同传统古建筑梁柱连接的异同  44-45
    4.1.2 藏式建筑梁柱节点分类  45-46
  4.2 典型梁柱节点有限元模型的建立  46-51
    4.2.1 模型建立依据  46-47
    4.2.2 古木材材性参数的确定  47-49
    4.2.3 材性参数的调整及验证  49-50
    4.2.4 节点有限元模型  50-51
  4.3 梁柱节点机理分析  51-66
    4.3.1 节点静力计算结果及分析  51-56
    4.3.2 构件破坏准则及节点破坏特点  56-57
    4.3.3 暗销作用分析  57-60
    4.3.4 弓木对节点受力的影响  60-64
    4.3.5 侧向歪闪对节点受力的影响  64-66
  4.4 本章小结  66-68
第5章藏式古建筑梁柱节点连接的力学模型研究  68-83
  5.1 传统古建筑木构节点连接模型的理论和试验研究  68-71
    5.1.1 榫卯和斗拱节点的简化模型  68-69
    5.1.2 半刚性单元刚度的求解方法介绍  69-71
  5.2 藏式建筑木构体系梁柱节点连接模型研究  71-75
    5.2.1 梁柱节点连接模型的简化  71-73
    5.2.2 弹簧刚度的确定方法  73-75
  5.3 空间弹簧单元刚度参数的求解算例  75-78
    5.3.1 转动弹簧刚度K_1  75-76
    5.3.2 竖向弹簧刚度K_2  76-78
  5.4 节点连接对结构动力特性的影响  78-82
    5.4.1 模态分析基本理论介绍  78
    5.4.2 典型结构的模态分析  78-81
    5.4.3 节点连接刚度对结构自振特性的影响  81-82
  5.5 本章小结  82-83
第6章结论与展望  83-85
参考文献  85-87
作者简历  87-89
学位论文数据集  89

藏式古建筑木构架梁柱节点力学机理研究

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