古建筑榫卯节点刚度分析.pdf

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1、四川建筑科学研究第37卷第6期SichuanBuildingScience2011年12月古建筑榫卯节点刚度分析胡卫兵，韩广森，于海平(西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055)摘要：研究古建筑榫卯节点刚度取值，对古建筑的保护修缮加固具有重要意义。以木结构建筑为例，从基本承重构件梁柱的微元开始，导出木梁木柱的挠曲线方程，用弹簧作为榫卯节点约束，以边界条件输入，导出榫卯节点刚度值；以钟楼为工程实例，建立ANSYS有限元模型，对结果和实测数据进行对比分析。结果表明，本文提出的计算方法，适用于木结构古建筑的榫卯节点刚度分析计算。关键词：木结构；古建筑；榫卯刚度；有限元中图分类号：TU36

2、6．2文献标识码：A文章编号：1008—1933(2011)06—044—04TheanalysisaboutnodestifnessofmortiseandtenoninancientbuildingHUWeibing，HANGuangsen，YUHaiping(SchoolofCivilEngineering，Xi’明UniversityofArchitecture&Technology，Xi’all710055，China)Abstract：Inordertoprotect，recover，reinforceancientbuilding，thestudyingthathowtodec

3、idethevalueaboutthenodestifnessofmortisesandtenoninancientarchitecturehasimportantsignificance．Thispapertakesthetimberstructureasanexample，startsfromtheinfinitesimalcomponentsoftimberbeamsandcolumnswhicharethebasicload-bearingconstructiontoexporttheirdeflectioncurveequation．andusesthespringasthecon

4、straintofmortiseandtenonwhichisastheboundaryconditionstobeenteredtogetthestifnessvalueofmortiseandtenon；andUSeStheClockTowerasanengineeringexampletoestablishtheANSYSfiniteelementmodel，andanalyzestheresultsandmeasul"eddata．Keywords：timberstructure；ancientbuilding；stifnessofmortiseandtenon；finiteelem

5、entmethod(FEM)值；以上分析都是基于有实验或者现场实测数据进0引言行的前提下进行的分析探讨，给出的也是变化很大中国古代木结构建筑的一大特点是各个构件之的范围值。因此，有必要对木构榫卯节点刚度进行间一般采用榫卯连接，这种木构榫卯节点由榫头和理论分析，以便快速计算节点的刚度，为进一步对古卯孔组成，既能承受一定的荷载，又具有很好的弹建筑进行结构分析提供基础。性，能较好地抵消水平推力的作用。榫卯节点力学本文从基本构件出发，分别提取梁、柱构件微元性能介于刚性节点和半刚性节点之间，能承受一定体进行研究，通过微元体受力平衡，推出整个基本梁的弯矩(这不同于铰接点)，同时在运动时可以吸收柱构件的挠

6、曲线方程，基本构件边界处用两个轴向消耗部分能量，减少结构的振动响应；俞茂宏、赵弹簧和一个转动弹簧作为边界约束，来模拟榫卯节均海、方东平等人定义和引入反映木结构古建筑点的连接，将边界条件输入挠曲线方程，推出榫卯节榫卯节点特性的半刚性节点单元，经过反演求得榫点刚度。本文并以西安钟楼为工程实例，对榫卯节卯节点刚度，建立了有限元模型并进行了动力分析；点刚度进行验证。结果表明，这种求解基础理论简赵鸿铁、薛建阳则通过殿堂型木构模型振动台试验单，易于为大部分工程人员掌握，工程中可以不进行研究了其动力特性和地震反应，指出木构榫卯连接现场实测便可以简便快速地确定榫卯刚度，节省时的柔性和挤压变形是结构耗能减震的

7、主要原因；孟间和成本，同时还为古建筑的加固、保护和修缮提供昭博是通过实测数据找出榫卯节点刚度的近似一定的理论基础。1木构榫卯节点刚度分析收稿日期：2010-06-21由于自由振动中的位移是由惯性力作用所引起作者简介：胡卫兵(1966一)，男，教授，博士生导师，主要从事结构优化设计及建筑结构抗风方面的研究。的，而惯性力(质量与加速度的乘积)又是和质量分基金项目：陕西省科学技术研究发展计划项目(2010Kll-0