论文瓜柱柱脚直榫节点受弯力学模型是关于榫方面的论文题目、论文提纲、鲁班七十二结榫卯图解论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
摘 要：为了研究古木结构中瓜柱柱脚直榫节点的受弯性能,设计了3个不同尺寸的缩尺试件模型.通过单调加载试验,获得了节点的弯矩转角关系以及最终破坏形态.运用大型有限元分析软件,采用实体单元对节点的受弯性能进行数值模拟.结合试验研究和数值模拟结果,在一定简化假定的基础上建立了节点受弯时的简化力学模型.研究结果表明：瓜柱柱脚直榫节点的主要破坏类型为脱榫破坏；受弯时节点的抵抗力矩主要由柱顶轴压力对转动点来合成；节点的弯矩转角曲线可以简化为带下降段的双折线模型.
关键词：木结构；卯节点；受弯性能；弯矩转角关系；力学模型
中图分类号：TU366.2文献标识码：A
榫卯节点是古木结构的关键部位,其受力状态也极为复杂.榫卯节点的构造决定了其承载力低于试件承载力,是结构中的薄弱部位.历次震害＼[1＼]也表明,木构架的破坏多发生在榫卯连接处.由于榫卯节点为半刚性节点,其弯矩转角关系是进行整体结构分析的基础.因此从榫卯节点的受弯性能入手,对古木结构进行研究具有重要意义.
乐志＼[2＼]结合现代结构理论和试验研究建立了馒头榫、管脚榫和尺寸、材性、缝隙等参数相关的受弯承载力理论公式.姚侃等＼[3＼]通过力学分析和低周反复荷载试验,拟合出了燕尾榫节点弯矩转角的三折线恢复力模型.李琪＼[4＼]对透榫、半榫、燕尾榫进行了静力分析,针对各种可能出现的破坏形态推导了强度计算公式.王俊鑫＼[5＼]通过分析燕尾榫节点的受力状态,基于试验研究,建立了弯矩和转角的四参数幂函数模型.徐明刚＼[6＼]在机理分析的基础上,建立了循环加载下节点弯矩转角关系的理论模型.Chang等＼[7＼]对榫卯连接进行了有限元分析,根据有限元结果拟合出了榫卯连接的初始刚度计算公式.Shanks等＼[8＼]对传统的橡树燕尾榫卯节点进行试验研究,获得了节点的抗拉、抗弯和抗剪刚度及极限承载力.Han等＼[9＼]对韩国传统木结构榫卯连接模型进行了试验研究,结果表明榫卯的刚度和屈服荷载随榫接触面的增加而提高.
目前关于榫卯节点力学模型的研究,多是对缩尺构件试验结果的拟合,具有较大的局限性,且研究对象主要集中在燕尾榫节点上.本文以瓜柱柱脚直榫节点为研究对象,在试验研究的基础上结合数值模拟对节点的受弯性能进行了较深入的理论研究,初步建立了该节点受弯时的简化力学模型.
1试验研究
1.1试件的设计和制作
瓜柱柱脚直榫位于和梁架垂直相交的瓜柱柱脚,在抬梁式古木结构中广泛使用.参考清工部《工程做法则例》按1∶1.76和1∶1.30的缩尺比例设计了3个不同尺寸的瓜柱柱脚直榫节点,编号分别为GZ1, GZ2和GZ3.材料为中国古建筑木结构中常见的杉木,部分实测材性参数详见表1,试件模型如图1所示.
234注：Ec,L, Ec,R和Ec,T分别为木材纵向、径向和弦向抗压弹性模量； fc,L, fc,R和fc,T分别为纵向、径向和弦向抗压强度；GLR,GLT和GRT分别为径切面、弦切面和横切面剪切模量,单位均为N/mm2.
1.2加载方案
试验在东南大学结构试验室进行,加载装置如图2所示（为了便于加载,将试件在平面内旋转180°）.其中滑车用于使千斤顶随着柱顶的侧移而水平移动,从而保证竖向荷载始终作用在柱顶的中心位置.试件所受竖向荷载按照真实结构荷重＼[10＼]结合缩尺比例,在柱顶施加10 kN轴压力.采用位移控制加载,第一级位移幅值为5 mm,以后每增加5 mm作为下一级控制位移,单调加载直至试件破坏.
（a） GZ1,GZ2
（b） GZ3
图1试件模型示意图
Fig.1Schematic diagram of the specimen
图2 加载装置示意图
Fig.2Schematic diagram of loading devices
定义柱底端和梁边的相对转角为节点转角θ,通过位移计1和2读数之差和2个位移计水平距离的比值测定；位移计3用于控制位移加载,并且可以对转角进行校核.
1.3试验现象及试验结果
瓜柱柱脚直榫试件在加载不久即出现轻微的木纤维压紧的“吱”“吱”声,继续加载试件发出清脆的木材挤紧滑移的“嗝”“嗝”声,水平推力迅速上升并很快到达峰值点.此后2种声音混杂出现且音量逐渐变大,榫头被缓慢拔出,水平推力随着控制位移的增大而近似线性下降,节点逐渐进入倾覆状态,试验结束.榫头和卯口基本保持原状,梁表面对应榫肩处有显著压痕,这表明竖向荷载主要由榫头两侧的榫肩部位直接传递给梁.3个试件均为拔榫破坏,部分破坏形态如图3所示.
图3试件破坏形态
Fig.3Failure mode of the specimen
图4给出了试验所得的瓜柱柱脚直榫节点单调加载弯矩转角关系曲线.从图中可以看出瓜柱柱脚直榫节点的弯矩转角曲线包括上升段和下降段,两者均近似线性变化,其中上升段的斜率较陡,转角很小时弯矩就达到了峰值点；此后弯矩随着转角增加而逐渐缓慢下降至零,节点进入倾覆状态.
转角/rad
图4弯矩转角关系曲线
Fig.4Relationship of momentrotation
2数值模拟
本文利用大型有限元分析软件ABAQUS对瓜柱柱脚直榫的受弯状态进行数值模拟,建模时采用八节点六面体线性减缩积分格式的三维实体单元（C3D8R）.该单元对位移的求解结果较精确,网格存在扭曲变形时,分析精度也不会受到较大影响,并且在弯曲荷载作用下不容易发生剪切自锁.
将木材简化成正交异性材料,顺纹和横纹（径向和弦向）受拉采用单折线本构模型,受压采用双折线本构模型,且受拉弹性模量等于受压弹性模量,如图5所示.运用Engineering Constants定义材料弹性阶段的力学常数,塑性阶段采用等向弹塑性模型,满足Hill屈服准则.在此基础上导入field函数,定义了木材抗压时有塑性变形,而抗拉时无塑性变形的特点.同时调用ABAQUS中自带的potential函数,定义了木材不同方向的初始屈服应力.
总结:本文是一篇关于榫论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
参考文献：
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