基于木材嵌压和摩擦特性的传统木结构节点区恢复力特性的模型化研究

传统木结构节点区的力学行为主要依赖于节点区木材的嵌压和摩擦特性，大量研究表明，节点区木材的嵌压、摩擦行为是一个非常复杂的力学问题，受到诸如材料各向异性、材料不均性、含水率变化、材料经年变化、节点几何尺寸、节点间隙，应变硬化等因素的影响，到目前为止尚有许多理论和技术问题亟待解决。因此影响节点区荷载变形关系的嵌压和摩擦行为模型化的研究是传统木结构节点区恢复力特性模型化研究的重要内容。本项目拟在前人研究的基础上，改进试验内容和试验技术进一步开展木材嵌压和摩擦方面的试验研究，采用参数化的方法建立木材在限定条件下从弹性阶段到弹塑性阶段的嵌压、摩擦精细化理论模型。继而利用典型节点模型试验和相应传统木结构缩尺模型振动台试验构筑基于木材嵌压和摩擦特性的传统木结构节点区恢复力特性模型。项目的研究将有利于古木建筑的保护和现有传统木结构居住建筑的新建和加固改造，并对发展传统木结构抗震理论具有重要价值。

根据项目任务书要求，在执行期内，主要完成了以下研究工作：1）完成了考虑几何和材质因数影响的木材均匀、三角形嵌压试验研究；完成了考虑几何和材质因数影响的木材摩擦试验研究；建立了参数化的嵌压、摩擦静力分析模型。2）完成了考虑节点形式、节点间隙影响的传统穿斗木构架典型节点的足尺单向、往复加载试验研究；探讨了静力分析用模型建立的原理、并推导了相应试验用节点的静力分析模型。3）完成了相应传统穿斗木结构缩尺模型振动台试验和数值模拟研究，验证和修正了基于木材嵌压、摩擦特性建立的节点区恢复力特性分析模型。4）应用基于木材嵌压、摩擦特性的木结构节点区恢复力特性分析模型对云南省高烈度地区农村既有典型木结构民居节点抗震能力进行分析评价，针对 “地震安全”工程需要，研究提出了钢板橡胶阻尼器用于满足新建木结构节点抗震要求和满足既有木结构的节点抗震加固，并完成了相应试验和理论研究。研究总体按计划进行，考虑到嵌压、摩擦试验的主要控制因数是材料的几何尺寸及材质力学特性，为了抓住主要因素、忽略次要因素从而简化试验，对原计划中拟考虑的含水率、材质缺陷等因数进行了忽略，加快了试验进程，简化了分析难度，取得了较好的试验效果，试验精度能满足于工程实际需要。研究成果将对建立新建传统木结构建筑抗震定量分析方法，建立既有传统木结构建筑抗震能力定量分析评价方法具有重要的理论价值和工程实践意义。