古建筑木結構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構動力分析模型    11 
2.1  概述    11 
2.2  單層殿堂式古建筑木結構簡化計算模型    12 
2.2.1  古建筑木結構水平地震作用下的受力機理    12 
2.2.2  簡化計算模型基本假定    15 
2.2.3  簡化計算模型    15 
2.3  古建筑木結構“搖擺­剪彎”簡化模型地震反應分析原理    17 
2.3.1  動力方程的建立    17 
2.3.2  結構力學模型的選取    19 
2.3.3  地震波選取    19 
2.3.4  動力分析相關參數(shù)的確定    19 
2.3.5  動力方程的數(shù)值求解    22 
2.4  計算模型振動臺試驗驗證    25 
2.4.1  完好古建筑木結構動力彈塑性計算結果驗證    25 
2.4.2  碳纖維布加固古建筑木結構動力彈塑性計算結果驗證    30 
2.5  本章小結    34 
第3章  不同松動程度下古建筑透榫節(jié)點擬靜力試驗及分析    35 
3.1  概述    35 
3.2  試驗目的    35 
3.3  試驗概況    35 
3.3.1  試件設計及制作    35 
3.3.2  試驗設備和裝置    38 
3.3.3  測試內容和測點布置    39 
3.3.4  加載制度    40 
3.4  試驗過程及現(xiàn)象    40 
3.5  試驗結果及分析    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  拔榫量與轉角關系    54 
3.6  本章小結    55 
第4章  不同松動程度下古建筑透榫節(jié)點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  材料本構關系的選取    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  有限元結果和試驗結果對比分析    60 
4.3.1  試件變形圖    60 
4.3.2  試件應力云圖    61 
4.3.3  特征點有限元計算值與試驗值對比    64 
4.4  古建筑透榫節(jié)點有限元參數(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  順紋抗拉強度    77 
4.4.6  軸向力    79 
4.5  本章小結    80 
第5章  歪閃斗栱節(jié)點受力性能的有限元分析    81 
5.1  概述    81 
5.2  斗栱節(jié)點有限元模型的建立    81 
5.2.1  無歪閃斗栱節(jié)點實體模型的建立    81 
5.2.2  歪閃斗栱節(jié)點實體模型的建立    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)點豎向受力性能有限元分析    89 
5.6.1  斗栱節(jié)點有限元模型的驗證    89 
5.6.2  歪閃斗栱節(jié)點豎向單調加載模擬    93 
5.6.3  歪閃斗栱節(jié)點豎向受力性能分析    99 
5.6.4  歪閃斗栱在豎向荷載作用下的簡化力學模型    103 
5.7  歪閃斗栱節(jié)點抗震性能有限元分析    107 
5.7.1  斗栱節(jié)點有限元模型的驗證    107 
5.7.2  歪閃斗栱節(jié)點水平循環(huán)加載模擬    113 
5.7.3  歪閃斗栱節(jié)點抗震性能分析    135 
5.8  本章小結    140 
第6章  古建筑木結構地震損傷識別研究    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  材質微觀損傷試驗    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證    153 
6.3  縱向裂縫梁柱模態(tài)應變能地震損傷識別研究    154 
6.3.1  典型構件裂損類型    154 
6.3.2  模態(tài)應變能指標    155 
6.3.3  基本動力參數(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)應變能的損傷識別方法    174 
6.3.8  識別分析與驗證    175 
6.4  榫卯節(jié)點轉動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    180 
6.4.3  榫卯節(jié)點損傷識別方法研究    183 
6.4.4  榫卯連接模型有限元分析    190 
6.4.5  榫卯節(jié)點轉動剛度識別    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    199 
6.5.3  斗栱損傷識別方法研究    201 
6.6  木構架地震損傷識別    205 
6.6.1  等效抗側剛度損傷指標    206 
6.6.2  構架損傷識別方法研究    209 
6.6.3  構架模型側移響應分析    213 
6.6.4  測試噪聲特性指標    215 
6.6.5  等效抗側剛度損傷識別    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    219 
第7章  基于震損識別的古建筑木結構狀態(tài)評估方法    221 
7.1  概述    221 
7.2  現(xiàn)有古建筑木結構地震損傷評估的現(xiàn)狀    221 
7.2.1  結構震損參數(shù)    222 
7.2.2  結構震損指數(shù)    222 
7.2.3  結構震損分級    222 
7.3  狀態(tài)評估理論    223 
7.3.1  層次分析法    223 
7.3.2  損傷指標隸屬度    225 
7.3.3  模糊綜合評估理論    226 
7.4  古建筑木結構震損系數(shù)向量及其評判矩陣    227 
7.5  古建筑木結構受損狀態(tài)評估——以應縣木塔為例    228 
7.5.1  木塔歷史狀態(tài)與當前狀態(tài)    228 
7.5.2  木塔微振動響應測試    231 
7.5.3  木塔各層微振動響應分析    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    246 
第8章  基于結構潛能和能量耗散的古建筑木結構地震破壞評估    247 
8.1  概述    247 
8.2  古建筑木結構振動臺試驗模型設計及試驗方案    248 
8.2.1  相似關系    248 
8.2.2  模型設計    249 
8.2.3  試驗材料的力學性能    252 
8.2.4  地震波選取    252 
8.2.5  加載方案    254 
8.3  古建筑木結構地震作用下耗能分析    255 
8.4  古建筑木結構的關鍵耗能構件地震破壞評估    260 
8.4.1  關鍵耗能構件地震破壞評估模型的建立    260 
8.4.2  關鍵耗能構件地震破壞評估    261 
8.5  古建筑木結構的整體結構地震破壞評估    266 
8.5.1  整體結構地震破壞評估模型    266 
8.5.2  整體結構地震破壞評估    267 
8.6  基于破壞程度的古建筑木結構震害等級及抗震能力指數(shù)劃分    269 
8.7  本章小結    270 
第9章  扁鋼加固古建筑木結構抗震性能研究    272 
9.1  概述    272 
9.2  扁鋼加固木構架榫卯節(jié)點的低周反復荷載試驗    272 
9.2.1  試件設計與制作    272 
9.2.2  加載方案及測試內容    274 
9.2.3  試件的破壞特征    275 
9.2.4  試驗結果與分析    275 
9.3  扁鋼加固木結構模型榫卯節(jié)點的振動臺試驗    280 
9.3.1  試驗概況    280 
9.3.2  試驗過程與破壞特征    282 
9.3.3  試驗結果與分析    283 
9.4  本章小結    287 
第10章  碳纖維布加固古建筑木結構抗震性能研究    289 
10.1  概述    289 
10.2  碳纖維布加固木構架榫卯節(jié)點的低周反復荷載試驗    289 
10.2.1  試驗概況    289 
10.2.2  試件破壞特征    290 
10.2.3  試件結果與分析    290 
10.3  碳纖維布加固單層殿堂式古建筑木結構振動臺試驗    291 
10.3.1  簡述    291 
10.3.2  加固試驗模型設計    292 
10.3.3  試驗測量內容及加載方案    294 
10.3.4  試驗結果分析    297 
10.3.5  與扁鋼加固模型振動臺試驗結果比較    327 
10.4  本章小結    330 
第11章  古建筑木結構加固殘損節(jié)點的性能分析與設計方法    332 
11.1  概述    332 
11.2  碳纖維布加固殘損節(jié)點的破壞形態(tài)    332 
11.2.1  碳纖維布加固殘損節(jié)點的方法    332 
11.2.2  碳纖維布加固殘損節(jié)點的破壞形態(tài)    334 
11.3  碳纖維布加固殘損節(jié)點的抗彎承載力計算    336 
11.3.1  計算基本假定    336 
11.3.2  材料的本構關系    337 
11.3.3  碳纖維布加固殘損榫卯節(jié)點抗彎承載力計算方法    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)點的設計建議    340 
11.4.1  碳纖維布加固設計的基本原則    340 
11.4.2  碳纖維布加固設計計算公式及步驟    340 
11.4.3  碳纖維布加固設計公式尚應繼續(xù)深入考慮的幾個方面    343 
11.5  扁鋼加固殘損節(jié)點的破壞形態(tài)    344 
11.5.1  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點的方法    344 
11.5.2  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點的破壞形態(tài)    344 
11.6  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點的抗彎承載力計算    346 
11.6.1  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點區(qū)破壞截面的受力階段    346 
11.6.2  計算基本假定    346 
11.6.3  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點抗彎承載力計算方法    347 
11.7  扁鋼加固榫卯節(jié)點設計建議    348 
11.7.1  扁鋼加固設計的基本原則    348 
11.7.2  扁鋼加固殘損榫卯節(jié)點設計計算公式及步驟    348 
11.7.3  扁鋼加固設計公式尚應繼續(xù)深入考慮的幾個方面    350 
11.8  本章小結    351 
第12章  古建筑木結構斗栱修繕加固及自復位耗能增強研究    352 
12.1  概述    352 
12.2  古建筑木結構斗栱的主要破壞形態(tài)    352 
12.3  古建筑木結構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荷載試驗    354 
12.4.1  試件設計與制作    354 
12.4.2  加載方案和量測方案    356 
12.4.3  試驗結果與分析    357 
12.4.4  分析與討論    360 
12.5  古建筑木結構斗栱自復位耗能連接節(jié)點及連接方法    360 
12.5.1  連接特點    360 
12.5.2  斗栱自復位耗能連接節(jié)點    361 
12.5.3  斗栱自復位耗能連接方法    362 
12.6  本章小結    363 
參考文獻    364