古建筑木结构的损伤评估及加固性能

第1章  绪论    1 
1.1  概述    1 
1.2  古建筑木材及其性能退化    2 
1.3  榫卯节点的连接及残损    4 
1.4  斗栱的特性及残损    8 
第2章  单层殿堂式古建筑木结构动力分析模型    11 
2.1  概述    11 
2.2  单层殿堂式古建筑木结构简化计算模型    12 
2.2.1  古建筑木结构水平地震作用下的受力机理    12 
2.2.2  简化计算模型基本假定    15 
2.2.3  简化计算模型    15 
2.3  古建筑木结构“摇摆­剪弯”简化模型地震反应分析原理    17 
2.3.1  动力方程的建立    17 
2.3.2  结构力学模型的选取    19 
2.3.3  地震波选取    19 
2.3.4  动力分析相关参数的确定    19 
2.3.5  动力方程的数值求解    22 
2.4  计算模型振动台试验验证    25 
2.4.1  完好古建筑木结构动力弹塑性计算结果验证    25 
2.4.2  碳纤维布加固古建筑木结构动力弹塑性计算结果验证    30 
2.5  本章小结    34 
第3章  不同松动程度下古建筑透榫节点拟静力试验及分析    35 
3.1  概述    35 
3.2  试验目的    35 
3.3  试验概况    35 
3.3.1  试件设计及制作    35 
3.3.2  试验设备和装置    38 
3.3.3  测试内容和测点布置    39 
3.3.4  加载制度    40 
3.4  试验过程及现象    40 
3.5  试验结果及分析    44 
3.5.1  M­θ滞回曲线    44 
3.5.2  M­θ骨架曲线    46 
3.5.3  强度退化    48 
3.5.4  刚度退化    49 
3.5.5  耗能    50 
3.5.6  延性与变形能力    51 
3.5.7  拔榫量与转角关系    54 
3.6  本章小结    55 
第4章  不同松动程度下古建筑透榫节点的有限元分析及参数分析    57 
4.1  概述    57 
4.2  有限元模型的建立    57 
4.2.1  材料本构关系的选取    57 
4.2.2  单元类型与网格划分    58 
4.2.3  边界条件与荷载施加方式    58 
4.2.4  定义相互作用    59 
4.3  有限元结果和试验结果对比分析    60 
4.3.1  试件变形图    60 
4.3.2  试件应力云图    61 
4.3.3  特征点有限元计算值与试验值对比    64 
4.4  古建筑透榫节点有限元参数分析    69 
4.4.1  榫头高度    69 
4.4.2  摩擦系数    72 
4.4.3  横纹弹性模量    74 
4.4.4  顺纹弹性模量    75 
4.4.5  顺纹抗拉强度    77 
4.4.6  轴向力    79 
4.5  本章小结    80 
第5章  歪闪斗栱节点受力性能的有限元分析    81 
5.1  概述    81 
5.2  斗栱节点有限元模型的建立    81 
5.2.1  无歪闪斗栱节点实体模型的建立    81 
5.2.2  歪闪斗栱节点实体模型的建立    84 
5.2.3  模型网格的划分    86 
5.3  材性参数的选取    86 
5.4  接触参数的确定    87 
5.5  模型求解算法和加载速率的确定    88 
5.5.1  求解算法    88 
5.5.2  加载速率的确定    88 
5.6  歪闪斗栱节点竖向受力性能有限元分析    89 
5.6.1  斗栱节点有限元模型的验证    89 
5.6.2  歪闪斗栱节点竖向单调加载模拟    93 
5.6.3  歪闪斗栱节点竖向受力性能分析    99 
5.6.4  歪闪斗栱在竖向荷载作用下的简化力学模型    103 
5.7  歪闪斗栱节点抗震性能有限元分析    107 
5.7.1  斗栱节点有限元模型的验证    107 
5.7.2  歪闪斗栱节点水平循环加载模拟    113 
5.7.3  歪闪斗栱节点抗震性能分析    135 
5.8  本章小结    140 
第6章  古建筑木结构地震损伤识别研究    141 
6.1  概述    141 
6.2  古建筑劣化木材力学性能损伤识别研究    142 
6.2.1  材性劣化主要类型    142 
6.2.2  材性劣化损伤理论    143 
6.2.3  木材材性劣化研究    145 
6.2.4  材质微观损伤试验    147 
6.2.5  奇异值分解的偏小二乘理论    153 
6.2.6  损伤识别模型及其外部验证    153 
6.3  纵向裂缝梁柱模态应变能地震损伤识别研究    154 
6.3.1  典型构件裂损类型    154 
6.3.2  模态应变能指标    155 
6.3.3  基本动力参数损伤演化分析    157 
6.3.4  模态能量损伤演化分析    164 
6.3.5  灵敏度系数损伤演化分析    172 
6.3.6  观测噪声水平    173 
6.3.7  基于模态应变能的损伤识别方法    174 
6.3.8  识别分析与验证    175 
6.4  榫卯节点转动刚度地震损伤识别研究    180 
6.4.1  地震损伤类型    180 
6.4.2  刚度损伤指标    180 
6.4.3  榫卯节点损伤识别方法研究    183 
6.4.4  榫卯连接模型有限元分析    190 
6.4.5  榫卯节点转动刚度识别    192 
6.4.6  识别效果分析    196 
6.5  歪闪斗栱层间刚度地震损伤识别研究    198 
6.5.1  地震损伤类型    199 
6.5.2  层间刚度损伤指标    199 
6.5.3  斗栱损伤识别方法研究    201 
6.6  木构架地震损伤识别    205 
6.6.1  等效抗侧刚度损伤指标    206 
6.6.2  构架损伤识别方法研究    209 
6.6.3  构架模型侧移响应分析    213 
6.6.4  测试噪声特性指标    215 
6.6.5  等效抗侧刚度损伤识别    216 
6.6.6  基于震损识别的传感器布置和优化    217 
6.7  本章小结    219 
第7章  基于震损识别的古建筑木结构状态评估方法    221 
7.1  概述    221 
7.2  现有古建筑木结构地震损伤评估的现状    221 
7.2.1  结构震损参数    222 
7.2.2  结构震损指数    222 
7.2.3  结构震损分级    222 
7.3  状态评估理论    223 
7.3.1  层次分析法    223 
7.3.2  损伤指标隶属度    225 
7.3.3  模糊综合评估理论    226 
7.4  古建筑木结构震损系数向量及其评判矩阵    227 
7.5  古建筑木结构受损状态评估——以应县木塔为例    228 
7.5.1  木塔历史状态与当前状态    228 
7.5.2  木塔微振动响应测试    231 
7.5.3  木塔各层微振动响应分析    233 
7.5.4  木塔刚度震损识别    244 
7.5.5  木塔受损状态评估    245 
7.6  本章小结    246 
第8章  基于结构潜能和能量耗散的古建筑木结构地震破坏评估    247 
8.1  概述    247 
8.2  古建筑木结构振动台试验模型设计及试验方案    248 
8.2.1  相似关系    248 
8.2.2  模型设计    249 
8.2.3  试验材料的力学性能    252 
8.2.4  地震波选取    252 
8.2.5  加载方案    254 
8.3  古建筑木结构地震作用下耗能分析    255 
8.4  古建筑木结构的关键耗能构件地震破坏评估    260 
8.4.1  关键耗能构件地震破坏评估模型的建立    260 
8.4.2  关键耗能构件地震破坏评估    261 
8.5  古建筑木结构的整体结构地震破坏评估    266 
8.5.1  整体结构地震破坏评估模型    266 
8.5.2  整体结构地震破坏评估    267 
8.6  基于破坏程度的古建筑木结构震害等级及抗震能力指数划分    269 
8.7  本章小结    270 
第9章  扁钢加固古建筑木结构抗震性能研究    272 
9.1  概述    272 
9.2  扁钢加固木构架榫卯节点的低周反复荷载试验    272 
9.2.1  试件设计与制作    272 
9.2.2  加载方案及测试内容    274 
9.2.3  试件的破坏特征    275 
9.2.4  试验结果与分析    275 
9.3  扁钢加固木结构模型榫卯节点的振动台试验    280 
9.3.1  试验概况    280 
9.3.2  试验过程与破坏特征    282 
9.3.3  试验结果与分析    283 
9.4  本章小结    287 
第10章  碳纤维布加固古建筑木结构抗震性能研究    289 
10.1  概述    289 
10.2  碳纤维布加固木构架榫卯节点的低周反复荷载试验    289 
10.2.1  试验概况    289 
10.2.2  试件破坏特征    290 
10.2.3  试件结果与分析    290 
10.3  碳纤维布加固单层殿堂式古建筑木结构振动台试验    291 
10.3.1  简述    291 
10.3.2  加固试验模型设计    292 
10.3.3  试验测量内容及加载方案    294 
10.3.4  试验结果分析    297 
10.3.5  与扁钢加固模型振动台试验结果比较    327 
10.4  本章小结    330 
第11章  古建筑木结构加固残损节点的性能分析与设计方法    332 
11.1  概述    332 
11.2  碳纤维布加固残损节点的破坏形态    332 
11.2.1  碳纤维布加固残损节点的方法    332 
11.2.2  碳纤维布加固残损节点的破坏形态    334 
11.3  碳纤维布加固残损节点的抗弯承载力计算    336 
11.3.1  计算基本假定    336 
11.3.2  材料的本构关系    337 
11.3.3  碳纤维布加固残损榫卯节点抗弯承载力计算方法    338 
11.3.4  影响参数分析    338 
11.4  碳纤维布加固残损榫卯节点的设计建议    340 
11.4.1  碳纤维布加固设计的基本原则    340 
11.4.2  碳纤维布加固设计计算公式及步骤    340 
11.4.3  碳纤维布加固设计公式尚应继续深入考虑的几个方面    343 
11.5  扁钢加固残损节点的破坏形态    344 
11.5.1  扁钢加固残损榫卯节点的方法    344 
11.5.2  扁钢加固残损榫卯节点的破坏形态    344 
11.6  扁钢加固残损榫卯节点的抗弯承载力计算    346 
11.6.1  扁钢加固残损榫卯节点区破坏截面的受力阶段    346 
11.6.2  计算基本假定    346 
11.6.3  扁钢加固残损榫卯节点抗弯承载力计算方法    347 
11.7  扁钢加固榫卯节点设计建议    348 
11.7.1  扁钢加固设计的基本原则    348 
11.7.2  扁钢加固残损榫卯节点设计计算公式及步骤    348 
11.7.3  扁钢加固设计公式尚应继续深入考虑的几个方面    350 
11.8  本章小结    351 
第12章  古建筑木结构斗栱修缮加固及自复位耗能增强研究    352 
12.1  概述    352 
12.2  古建筑木结构斗栱的主要破坏形态    352 
12.3  古建筑木结构斗栱维修加固基本原则    353 
12.4  形状记忆合金加固斗栱的低周反复荷载试验    354 
12.4.1  试件设计与制作    354 
12.4.2  加载方案和量测方案    356 
12.4.3  试验结果与分析    357 
12.4.4  分析与讨论    360 
12.5  古建筑木结构斗栱自复位耗能连接节点及连接方法    360 
12.5.1  连接特点    360 
12.5.2  斗栱自复位耗能连接节点    361 
12.5.3  斗栱自复位耗能连接方法    362 
12.6  本章小结    363 
参考文献    364