古建筑木結(jié)構(gòu)的損傷評估及加固性能

第1章  緒論    1 
1.1  概述    1 
1.2  古建筑木材及其性能退化    2 
1.3  榫卯節(jié)點(diǎn)的連接及殘損    4 
1.4  斗栱的特性及殘損    8 
第2章  單層殿堂式古建筑木結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析模型    11 
2.1  概述    11 
2.2  單層殿堂式古建筑木結(jié)構(gòu)簡化計(jì)算模型    12 
2.2.1  古建筑木結(jié)構(gòu)水平地震作用下的受力機(jī)理    12 
2.2.2  簡化計(jì)算模型基本假定    15 
2.2.3  簡化計(jì)算模型    15 
2.3  古建筑木結(jié)構(gòu)“搖擺­剪彎”簡化模型地震反應(yīng)分析原理    17 
2.3.1  動(dòng)力方程的建立    17 
2.3.2  結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的選取    19 
2.3.3  地震波選取    19 
2.3.4  動(dòng)力分析相關(guān)參數(shù)的確定    19 
2.3.5  動(dòng)力方程的數(shù)值求解    22 
2.4  計(jì)算模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證    25 
2.4.1  完好古建筑木結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證    25 
2.4.2  碳纖維布加固古建筑木結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證    30 
2.5  本章小結(jié)    34 
第3章  不同松動(dòng)程度下古建筑透榫節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)及分析    35 
3.1  概述    35 
3.2  試驗(yàn)?zāi)康?   35 
3.3  試驗(yàn)概況    35 
3.3.1  試件設(shè)計(jì)及制作    35 
3.3.2  試驗(yàn)設(shè)備和裝置    38 
3.3.3  測試內(nèi)容和測點(diǎn)布置    39 
3.3.4  加載制度    40 
3.4  試驗(yàn)過程及現(xiàn)象    40 
3.5  試驗(yàn)結(jié)果及分析    44 
3.5.1  M­θ滯回曲線    44 
3.5.2  M­θ骨架曲線    46 
3.5.3  強(qiáng)度退化    48 
3.5.4  剛度退化    49 
3.5.5  耗能    50 
3.5.6  延性與變形能力    51 
3.5.7  拔榫量與轉(zhuǎn)角關(guān)系    54 
3.6  本章小結(jié)    55 
第4章  不同松動(dòng)程度下古建筑透榫節(jié)點(diǎn)的有限元分析及參數(shù)分析    57 
4.1  概述    57 
4.2  有限元模型的建立    57 
4.2.1  材料本構(gòu)關(guān)系的選取    57 
4.2.2  單元類型與網(wǎng)格劃分    58 
4.2.3  邊界條件與荷載施加方式    58 
4.2.4  定義相互作用    59 
4.3  有限元結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對比分析    60 
4.3.1  試件變形圖    60 
4.3.2  試件應(yīng)力云圖    61 
4.3.3  特征點(diǎn)有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值對比    64 
4.4  古建筑透榫節(jié)點(diǎn)有限元參數(shù)分析    69 
4.4.1  榫頭高度    69 
4.4.2  摩擦系數(shù)    72 
4.4.3  橫紋彈性模量    74 
4.4.4  順紋彈性模量    75 
4.4.5  順紋抗拉強(qiáng)度    77 
4.4.6  軸向力    79 
4.5  本章小結(jié)    80 
第5章  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)受力性能的有限元分析    81 
5.1  概述    81 
5.2  斗栱節(jié)點(diǎn)有限元模型的建立    81 
5.2.1  無歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)實(shí)體模型的建立    81 
5.2.2  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)實(shí)體模型的建立    84 
5.2.3  模型網(wǎng)格的劃分    86 
5.3  材性參數(shù)的選取    86 
5.4  接觸參數(shù)的確定    87 
5.5  模型求解算法和加載速率的確定    88 
5.5.1  求解算法    88 
5.5.2  加載速率的確定    88 
5.6  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)豎向受力性能有限元分析    89 
5.6.1  斗栱節(jié)點(diǎn)有限元模型的驗(yàn)證    89 
5.6.2  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)豎向單調(diào)加載模擬    93 
5.6.3  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)豎向受力性能分析    99 
5.6.4  歪閃斗栱在豎向荷載作用下的簡化力學(xué)模型    103 
5.7  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)抗震性能有限元分析    107 
5.7.1  斗栱節(jié)點(diǎn)有限元模型的驗(yàn)證    107 
5.7.2  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)水平循環(huán)加載模擬    113 
5.7.3  歪閃斗栱節(jié)點(diǎn)抗震性能分析    135 
5.8  本章小結(jié)    140 
第6章  古建筑木結(jié)構(gòu)地震損傷識別研究    141 
6.1  概述    141 
6.2  古建筑劣化木材力學(xué)性能損傷識別研究    142 
6.2.1  材性劣化主要類型    142 
6.2.2  材性劣化損傷理論    143 
6.2.3  木材材性劣化研究    145 
6.2.4  材質(zhì)微觀損傷試驗(yàn)    147 
6.2.5  奇異值分解的偏小二乘理論    153 
6.2.6  損傷識別模型及其外部驗(yàn)證    153 
6.3  縱向裂縫梁柱模態(tài)應(yīng)變能地震損傷識別研究    154 
6.3.1  典型構(gòu)件裂損類型    154 
6.3.2  模態(tài)應(yīng)變能指標(biāo)    155 
6.3.3  基本動(dòng)力參數(shù)損傷演化分析    157 
6.3.4  模態(tài)能量損傷演化分析    164 
6.3.5  靈敏度系數(shù)損傷演化分析    172 
6.3.6  觀測噪聲水平    173 
6.3.7  基于模態(tài)應(yīng)變能的損傷識別方法    174 
6.3.8  識別分析與驗(yàn)證    175 
6.4  榫卯節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度地震損傷識別研究    180 
6.4.1  地震損傷類型    180 
6.4.2  剛度損傷指標(biāo)    180 
6.4.3  榫卯節(jié)點(diǎn)損傷識別方法研究    183 
6.4.4  榫卯連接模型有限元分析    190 
6.4.5  榫卯節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度識別    192 
6.4.6  識別效果分析    196 
6.5  歪閃斗栱層間剛度地震損傷識別研究    198 
6.5.1  地震損傷類型    199 
6.5.2  層間剛度損傷指標(biāo)    199 
6.5.3  斗栱損傷識別方法研究    201 
6.6  木構(gòu)架地震損傷識別    205 
6.6.1  等效抗側(cè)剛度損傷指標(biāo)    206 
6.6.2  構(gòu)架損傷識別方法研究    209 
6.6.3  構(gòu)架模型側(cè)移響應(yīng)分析    213 
6.6.4  測試噪聲特性指標(biāo)    215 
6.6.5  等效抗側(cè)剛度損傷識別    216 
6.6.6  基于震損識別的傳感器布置和優(yōu)化    217 
6.7  本章小結(jié)    219 
第7章  基于震損識別的古建筑木結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估方法    221 
7.1  概述    221 
7.2  現(xiàn)有古建筑木結(jié)構(gòu)地震損傷評估的現(xiàn)狀    221 
7.2.1  結(jié)構(gòu)震損參數(shù)    222 
7.2.2  結(jié)構(gòu)震損指數(shù)    222 
7.2.3  結(jié)構(gòu)震損分級    222 
7.3  狀態(tài)評估理論    223 
7.3.1  層次分析法    223 
7.3.2  損傷指標(biāo)隸屬度    225 
7.3.3  模糊綜合評估理論    226 
7.4  古建筑木結(jié)構(gòu)震損系數(shù)向量及其評判矩陣    227 
7.5  古建筑木結(jié)構(gòu)受損狀態(tài)評估——以應(yīng)縣木塔為例    228 
7.5.1  木塔歷史狀態(tài)與當(dāng)前狀態(tài)    228 
7.5.2  木塔微振動(dòng)響應(yīng)測試    231 
7.5.3  木塔各層微振動(dòng)響應(yīng)分析    233 
7.5.4  木塔剛度震損識別    244 
7.5.5  木塔受損狀態(tài)評估    245 
7.6  本章小結(jié)    246 
第8章  基于結(jié)構(gòu)潛能和能量耗散的古建筑木結(jié)構(gòu)地震破壞評估    247 
8.1  概述    247 
8.2  古建筑木結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案    248 
8.2.1  相似關(guān)系    248 
8.2.2  模型設(shè)計(jì)    249 
8.2.3  試驗(yàn)材料的力學(xué)性能    252 
8.2.4  地震波選取    252 
8.2.5  加載方案    254 
8.3  古建筑木結(jié)構(gòu)地震作用下耗能分析    255 
8.4  古建筑木結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵耗能構(gòu)件地震破壞評估    260 
8.4.1  關(guān)鍵耗能構(gòu)件地震破壞評估模型的建立    260 
8.4.2  關(guān)鍵耗能構(gòu)件地震破壞評估    261 
8.5  古建筑木結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)地震破壞評估    266 
8.5.1  整體結(jié)構(gòu)地震破壞評估模型    266 
8.5.2  整體結(jié)構(gòu)地震破壞評估    267 
8.6  基于破壞程度的古建筑木結(jié)構(gòu)震害等級及抗震能力指數(shù)劃分    269 
8.7  本章小結(jié)    270 
第9章  扁鋼加固古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能研究    272 
9.1  概述    272 
9.2  扁鋼加固木構(gòu)架榫卯節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)    272 
9.2.1  試件設(shè)計(jì)與制作    272 
9.2.2  加載方案及測試內(nèi)容    274 
9.2.3  試件的破壞特征    275 
9.2.4  試驗(yàn)結(jié)果與分析    275 
9.3  扁鋼加固木結(jié)構(gòu)模型榫卯節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)    280 
9.3.1  試驗(yàn)概況    280 
9.3.2  試驗(yàn)過程與破壞特征    282 
9.3.3  試驗(yàn)結(jié)果與分析    283 
9.4  本章小結(jié)    287 
第10章  碳纖維布加固古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能研究    289 
10.1  概述    289 
10.2  碳纖維布加固木構(gòu)架榫卯節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)    289 
10.2.1  試驗(yàn)概況    289 
10.2.2  試件破壞特征    290 
10.2.3  試件結(jié)果與分析    290 
10.3  碳纖維布加固單層殿堂式古建筑木結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)    291 
10.3.1  簡述    291 
10.3.2  加固試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)    292 
10.3.3  試驗(yàn)測量內(nèi)容及加載方案    294 
10.3.4  試驗(yàn)結(jié)果分析    297 
10.3.5  與扁鋼加固模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果比較    327 
10.4  本章小結(jié)    330 
第11章  古建筑木結(jié)構(gòu)加固殘損節(jié)點(diǎn)的性能分析與設(shè)計(jì)方法    332 
11.1  概述    332 
11.2  碳纖維布加固殘損節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)    332 
11.2.1  碳纖維布加固殘損節(jié)點(diǎn)的方法    332 
11.2.2  碳纖維布加固殘損節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)    334 
11.3  碳纖維布加固殘損節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力計(jì)算    336 
11.3.1  計(jì)算基本假定    336 
11.3.2  材料的本構(gòu)關(guān)系    337 
11.3.3  碳纖維布加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)抗彎承載力計(jì)算方法    338 
11.3.4  影響參數(shù)分析    338 
11.4  碳纖維布加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)建議    340 
11.4.1  碳纖維布加固設(shè)計(jì)的基本原則    340 
11.4.2  碳纖維布加固設(shè)計(jì)計(jì)算公式及步驟    340 
11.4.3  碳纖維布加固設(shè)計(jì)公式尚應(yīng)繼續(xù)深入考慮的幾個(gè)方面    343 
11.5  扁鋼加固殘損節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)    344 
11.5.1  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)的方法    344 
11.5.2  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)    344 
11.6  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)的抗彎承載力計(jì)算    346 
11.6.1  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞截面的受力階段    346 
11.6.2  計(jì)算基本假定    346 
11.6.3  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)抗彎承載力計(jì)算方法    347 
11.7  扁鋼加固榫卯節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)建議    348 
11.7.1  扁鋼加固設(shè)計(jì)的基本原則    348 
11.7.2  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算公式及步驟    348 
11.7.3  扁鋼加固設(shè)計(jì)公式尚應(yīng)繼續(xù)深入考慮的幾個(gè)方面    350 
11.8  本章小結(jié)    351 
第12章  古建筑木結(jié)構(gòu)斗栱修繕加固及自復(fù)位耗能增強(qiáng)研究    352 
12.1  概述    352 
12.2  古建筑木結(jié)構(gòu)斗栱的主要破壞形態(tài)    352 
12.3  古建筑木結(jié)構(gòu)斗栱維修加固基本原則    353 
12.4  形狀記憶合金加固斗栱的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)    354 
12.4.1  試件設(shè)計(jì)與制作    354 
12.4.2  加載方案和量測方案    356 
12.4.3  試驗(yàn)結(jié)果與分析    357 
12.4.4  分析與討論    360 
12.5  古建筑木結(jié)構(gòu)斗栱自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)及連接方法    360 
12.5.1  連接特點(diǎn)    360 
12.5.2  斗栱自復(fù)位耗能連接節(jié)點(diǎn)    361 
12.5.3  斗栱自復(fù)位耗能連接方法    362 
12.6  本章小結(jié)    363 
參考文獻(xiàn)    364