资源描述：
《古建筑木结构燕尾榫节点刚度有限元分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、Vol.41，No.1第41卷第1期February，2015SichuanBuildingMaterials2015年2月古建筑木结构燕尾榫节点刚度有限元分析吴海兵(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:燕尾榫是古建筑木结构中梁柱节点常用的一铰支座约束,以梁端榫头为从面,以柱端卯口为主面建立种连接方式,其半刚性连接特性已经被较多的试验研究证接触对,接触属性设为法向硬接触、切向库伦摩擦,摩擦实。本文运用大型通用有限元程序Abaqus,参照国内学者系数取0．2。计算单元采用计算精度较高的三维
2、八节点六面试验建立了燕尾榫节点的精细化有限元模型,通过对模型体线性非协调单元C3D8I,运用结构化网格划分技术,通进行低周反复加载,研究其破坏模式、刚度和延性。结果过切分模型,在接触区域附近细化网格。模型网格划分如显示燕尾榫节点具有较好的转动能力和一定的刚度及延性,图1所示。但其抗弯承载力远低于被连接构件的抗弯承载力,是一种相对较“弱”的连接。关键词:燕尾榫;有限元;破坏模式;刚度中图分类号:TU366．2文献标志码:B文章编号:1672-4011(2015)01-0042-02DOI:10.3
3、969/j.issn.1672-4011.2015.01.0210前言结构构件之间采用榫卯连接是中国古建筑木结构的一大特色。用于连接承重木构架梁柱构件的榫卯主要有:燕尾榫、箍头榫、透榫和半榫等。其中燕尾榫因为榫头端部ZY宽、根部窄,具有良好的抗拔能力而被广泛应用于柱头与X额枋的连接。图1燕尾榫节点有限元模型及网格划分由于榫卯连接是一种不同于铰接和刚接的连接方式,其刚度特性引起了大批研究者的关注。1．2材料本构关系[1]赵鸿铁等参照《营造法式》中的做法制作了1∶3．52的木材通常被认作正交各项异性
4、材料,试验采用的东北单间一榀燕尾榫缩尺木构架模型,研究了燕尾榫的半刚性红松[1]的材性试验结果见表1,其中下标1、2、3分别代表连接特性和刚度退化规律,拟合出了榫卯节点弯矩-转角木材的径向、弦向和纵向。通过在Abaqus中赋予单元材料[2]的关系方程和恢复力模型。徐刚明等通过对5个按照清方向可以定义材料的正交各项异性。代《工程做法则例》的做法制作的燕尾榫节点模型在反复荷在弹性阶段,木材的本构关系可以由表1中E~G9123载作用下的试验研究,发现木结构榫卯节点具有很好的变个工程常数来决定。木材的塑
5、性特性采用Hill准则[4]模拟,形能力,节点破坏形式为拔榫破坏。淳庆等[3]通过对包含[1]参考屈服强度取木材顺纹受压强度34．76MPa,塑性发燕尾榫在内的4种典型榫卯节点进行低周反复加载试验,展考虑为理想弹塑性模型,根据木材各强度大小比值关获取了这4种典型榫卯节点在水平荷载作用下的破坏模式、[5]系,计算出Hill准则的6个屈服应力比R~R,见表1123滞回曲线、骨架曲线以及转角刚度,并提出了考虑屈服下1。降段的三折线模型。表1东北红松材性常数目前的研究方法多采用试验研究,其不足之处是代价
6、E1E2E3u12u13u23G12G13高,且数据的获取不够方便和精确。本文采用大型通用非650275100000．0350．020．02210650线性有限元分析软件Abaqus,结合文献[1]采用的试验G23R11R22R33R12R13R23尺寸,建立燕尾榫节点的精细化有限元模型,研究燕尾榫2750．20．2110．350．2节点的刚度特性和抗震性能。注:弹性常数单位MPa,屈服应力比无量纲。1有限元模型1．3加载制度为考虑P-Δ效应的影响,采用柱端加载方案。通过建1．1节点模型建立立在
7、柱顶并与柱顶截面耦合的参考点施加水平和竖向荷载。文献[1]试验柱架尺寸:柱径210mm,梁截面120mm竖向设计荷载为10kN,先于水平荷载施加在柱端,使榫卯接×180mm,燕尾榫榫头端部宽60mm,榫头根部宽50mm。触关系平稳建立起来。水平加载采用变幅值位移加载,初始由于模型对称,为节约计算资源,可取半结构建立精细化值10mm,每级位移增量10mm,循环加载至最大位移幅值有限元模型。柱底和梁端分别通过与相应参考点耦合建立200mm,加载过程如图2所示。计算过程中通过设置软件中的Nlgeom开
8、关为On来考虑几何非线性。作者简介:吴海兵(1991-),男,安徽安庆人,在读硕士研究生,研究方向:钢结构与木结构。·42·第41卷第1期Vol.41，No.12015年2月SichuanBuildingMaterialsFebruary，2015点,得到节点主要特征参数的有限元计算结果和实验结20[1]果对比如表2所示。102m）/cm值·0N幅k移0.00.20.40.60.81.0荷载/kN（/1位矩-10弯0-0.12-0.0600.060.12-20转角/rad-1图2水平低周反复加载
