木结构框架在水平荷载作用下的内力和侧移计算

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1、2007年l2月云南电大学报Dee．2O昕第9卷第4期J~aaalofYunnanRTV1Vo1．9．No．4木结构框架在水平荷载作用下的内力和侧移计算王俊鑫，徐彬2(1．昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明650224；2．云南广播电视大学，云南昆明650223)摘要：借助相关曲线模型，以榫头为原形建立过渡梁单元，并vX-X-南省传统村镇民居木结构房屋为例，计算在水平荷载作用下的内力和侧移，得出半刚性对木结构计算的重大影响。关键词：木结构建筑；榫卯连接；M—e相关曲线模型；半刚性中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：1009—4814(20Cr

2、7)o4—0075—04木结构建筑由来已久，并在我国的建筑史上留下(a=替木长度lo／柱直径D)了辉煌的篇章，是我国建筑发展的重要见证J。但17,=3(17,为形状参数)是，近代以来我国木结构的发展有所没落，关于木结其中y为卯孔影响系数，为虚拟塑性转角，岛构的一些理论都很肤浅，有待于进一步发展和完善。为虚拟初始弹性模量，D为柱直径，z，b，h分别为榫木结构建筑的各个构件之间一般采用榫卯连接。头的长、宽、高。木结构榫卯由榫头和卯孔组成，可以承受一定的荷本文采用的弯矩与转角的相关曲线模型，是通过载，具有很好的弹性和抵抗水平推力的作用，表现出多组榫卯连接

3、模型试验的回归分析而得出来的。具体明显的半刚性特性[。本文以试验为基础，给出木结的分析过程篇幅较大，本文不再进行阐述。构榫卯节点的相关曲线模型，针对云南传统木构架民二、木结构榫卯连接的计算单元模型居在承受水平荷载时的内力和侧移进行研究。木结构建筑主要是有柱，檩，椽，枋，填充墙和屋一、木结构榫卯节点M—e相关曲线模型面组成，主要的承重构件是柱，檩和椽，属于典型的梁目前，对于节点半刚性连接特性的研究已经有一柱结构。可以利用杆件结构有限元法的一些方法对其些，也提出了一些弯矩与转角的相关曲线模型，并应进行结构分析。榫卯连接作为木结构的一个重要组成用到了木结

4、构榫卯节点的研究之中。比如，姚侃、赵部分，对其进行研究有着重要的现实意义。鸿铁和葛鸿鹏提到的三折线模型J，Kishi和Chen提榫卯连接中，榫头与卯孔之间是一种接触连接，出的三参数幂函数模型和一些指数函数模型等。各当节点受到弯矩，剪力和轴力时，节点是靠榫头和卯个模型都从不同程度上描述了木结构节点的半刚性孔之间的压力和摩擦力维持它们的连接状态。随着作连接特性。本文将采用四参数幂函数模型进行计算，用力的增大，它们逐渐分离，结构随之破坏。这种连接其函数表达式为：受力复杂，涉及榫头和卯孔的多种变形，研究起来比较困难。为了可以对榫卯连接进行进一步的了解，本‘

5、M：·文在实际连接形式的前提下，建立一个连接梁与柱的过渡单元，对其作如下的简化和假设：f()当≤21．本文以榫头作为主要研究对象，建立简化计算I()·当⋯模型。2．假设榫头是另外一种材料，它与柱和梁是刚性O．o7D1=连接，当有弯矩存在的时候它产生弯曲和剪切变形，实际榫头的变形和拔出认为是简化模型的变形。÷收稿时间：20o7一lO一20作者简介：王俊鑫(1979一)，男，内蒙古赤峰人，昆明理工大学建筑工程学院硕士研究生。徐彬(1963一)，男，云南昆明人，云南广播电视大学教授，博士，主要研究方向：高层建筑结构。一75—3．计算模型的轴向性质和木材性

6、质相同，弯曲和的截面高度与长度(h／1)一般是要大于1／2的，大多剪切性质利用肘一相关曲线模型描述。数情况，h／l>1，剪切变形的影响不能忽略。4．简化计算模型的长、宽、高分别为实际榫头的依据文献[关于剪切变形对梁单元刚度影响的长、榫颈宽和高。推导方法，得出榫卯连接在杆端位移存在下由剪切变简化计算模型的示意图如图1。形影响的单元刚度矩阵为：。。一。。厂I]I厂l一一⋯——⋯⋯__啊厂i一]I0】2r2260一】262606k324／2r330．6k352／2r36过渡粱单元普通粱单元过渡粱单元．’f3．oooo图1梁简化单元示意图0一l252—65

7、3012r55—656这个过渡单元的非线性刚度矩阵可以利用势能06212r0．64f2r原理求出，不考虑剪切变形的影响时，其势能方程(2．5)为[]：r22r23r25r26r32r351／(1+)r52r53=r55=r56=r62r651／(1+)：r+lEA，2+E(O)Iv"]dxr33=r66=(4+8)／(1+)=(+[)r36=r63=(2—8)／(1+)+詈(l一2)(l+02)+42l+o2+l2)]=(

8、j}=1．2)(2．6)(2．1)建立非线性有限元方程为：其中E为木材顺纹弹性模量，A为过渡单元(榫KA=P(2．7)头颈部)

9、横截面积，，为过渡单元(榫头颈部)截面转三、非线性有限元方程的计算方法动惯性矩，z为单元(榫头)长度。可以运用于非线性有限