西安建筑科技大学学报（自然科学版）

开裂残损柱头科斗栱抗震性能及退化规律研究

2024年10月28 00:00

为研究构件开裂对斗栱抗震性能的影响，以沈阳故宫颐和殿柱头科斗栱为原型，建立了大斗、正心瓜栱、单翘及散斗分别开裂的斗栱有限元模型，通过体积损失率表征构件的开裂程度，对开裂斗栱开展抗震性能模拟分析. 结果表明：不同开裂程度下，斗栱的滞回曲线及骨架曲线变化规律相似. 大斗、单翘和散斗体积损失率达到3%时，加载后期滞回曲线发散明显，且散斗开裂斗栱的正向峰值位移小于其他开裂斗栱. 散斗开裂斗栱的正向刚度、大斗开裂斗栱的负向刚度随体积损失率变化较为明显. 当构件体积损失率为3%时，散斗开裂斗栱的正向承载力和大斗开裂斗栱的负向承载力退化最严重，退化率分别为1690%和 1861%；构件开裂尽管降低了斗栱的承载力及刚度，但其变形和耗能能力较好.

CFRP布加固广府古建木结构残损箍头榫节点抗震性能研究

2024年10月28 00:00

采用不同方案的碳纤维（CFRP，Carbon Fiber Reinforced Plastics）布，对6个经过抗震性能试验的残损箍头榫节点试件进行加固，并进行抗震性能试验.结果表明：有3个加固后节点试件的峰值承载能力超越了加固前试件的峰值承载能力，加固后节点的峰值承载力主要与梁榫原始损伤程度及加固量直接相关.加固后节点的初始刚度明显大于加固前的节点，而加固后试件的极限转角普遍小于加固前，但大部分试件极限位移转角均能达到1/21以上，说明此方法加固的节点具有良好的抗震变形能力.加固梁上侧与下侧的CFRP布，对受拉损伤的梁起了重要的补强作用.梁侧面CFRP布在节点区转角较大时退出工作，而L型CFRP布也随着节点转角的增大而逐步退出工作.

基于CFD数值模拟的古建筑群风场特性研究——以北京故宫建筑群为例

韩宜丹,淳庆 — 2024年10月28 00:00

为研究我国古建筑群风场特性评估方法，基于计算流体动力学方法（Computational Fluids Dynamics，CFD），以北京故宫建筑群为例，通过对不同风向角工况下的故宫建筑群进行CFD数值模拟，获得全域流场信息，包括故宫中轴线主要建筑的表面风压分布情况、以及故宫建筑群环境风速分布情况.研究揭示了故宫建筑群内不同风向角下主要建筑表面的风压分布规律、中轴线建筑的不利风向角，并基于风环境评估理论对故宫建筑群内的行人风环境舒适性和安全性进行评估.研究结果表明：风压分布大致呈东西和南北对称分布形态；迎风面受较大正风压，侧风和背风面受较大负风压，负风压主要集中在靠近屋脊和墙面转角等气流分离区；主要建筑表面的正风压系数最值达10，负风压系数最值达22；六座大殿所受竖直方向的升力系数极值接近8，是水平方向的2倍；在水平和竖直方向上风压合力在斜风向下较大，其中在120°时的三向风压合力均达到极值；环境最大风速比在3~6之间，斜风向的最大风速比较大；垂直风向下，风速放大效应较弱，其中正南和正北风放大效应最弱，北京地区的主导风向是故宫建筑群的最优风向.研究成果可以为故宫建筑群的结构抗风保护以及行人防风措施提供科学依据和指导.

黏弹性阻尼器加固穿斗式平面外木排架的抗震性能

彭国威1，2，陶忠1，2，赵聪1，戴必辉1，3，戴金沙1，徐荣荣1，燕钊1 — 2024年10月28 00:00

为研究穿斗式木结构的抗震性能及其加固方法，选取杉木和松木两种木材，设计并制作四榀穿斗式木结构平面外框架，采用黏弹性阻尼器加固试件，对加固和未加固的木框架分别进行低周往复荷载试验，研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果。研究结果表明：加固后木排架滞回曲线的滑移和捏缩现象大幅减轻，滞回环面积增大，等效黏滞阻尼比增加，耗能能力增强,杉木和松木排架耗能能力分别提高83.31%和286.34%；加固后试件的骨架曲线斜率和极限承载力均得到大幅提升，斜率大致随加载幅值增大而增大，极限承载力杉木排架最大提升218.32%，松木排架最大提升458.89%；加固后木结构框架的刚度储备增高，初始刚度杉木试件提升46.9%，松木试件提升264.1%；杉木试件在安装阻尼器后节点的残余拔榫量减少15.06mm，松木试件减少31.96mm。

基于计算机视觉的斗栱转动变形检测方法

王娟1,2，申祖晨1,2，姚远1,2，杨娜1,2 — 2024年10月28 00:00

古建筑木结构斗栱节点由斗、栱等构件交错层叠而成.受自身形制、环境和外力等影响，这种“层叠式”节点易出现转动变形.针对人工及布设传感器的传统检测方法在可实施性及检测效率方面的局限性，提出了一种基于姿态估计的斗栱转动变形计算机视觉检测方法.首先定义了斗栱的关键点，并基于关键点推导出了各层斗的转动以及栌斗和阑额相对转动的计算公式；其次通过采集斗栱实景图像、实验室模型图像以及缩尺模型图像，构建了斗栱节点多样性数据集；而后搭建YOLOv8Pose姿态估计模型，并开展了6种规模和Batch Size的23种工况对比实验；结果表明，最优性能模型目标检测的mAP50(B)达到094，关键点检测的mAP50(P)达到091.最后利用缩尺模型转动变形检测实验验证了所提方法的有效性.

松动及加固后木结构燕尾榫节点抗震性能对比试验

褚云朋,谭森龙,王思琪,范仕强 — 2024年10月28 00:00

古建筑木结构燕尾榫节点松动是一种常见的残损模式，为研究节点松动对抗震性能的影响，参照宋《营造法式》殿堂二等材的尺度要求，考虑不同松动程度、不同松动程度补强加固和不同松动程度震损后加固的节点，共制作了3组12个节点试件，对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验.结果表明：不同松动程度补强加固节点及不同松动程度且有损伤加固节点的破坏模式，与不同松动程度节点的破坏模式相似，榫头和卯口挤压变形明显，榫头被拔出，普拍枋与柱顶接触处出现剪切破坏，补强加固节点榫头拔出量明显减小；各节点滞回曲线均有明显“捏缩”效应，整体呈反“Z”型，补强加固节点的滞回环饱满程度略好；随节点松动程度增加，刚度及承载力均降低，随拔榫量的增大，其减小幅度降低；随节点转角增大，耗能能力逐渐减弱，补强加固节点的耗能及防脱榫能力明显高于未加固节点.节点在松动后仍具有较好的变形能力.

复杂环境下隆盛庄古建青砖劣化机理与剩余寿命预测

2024年10月28 00:00

隆盛庄古镇是我国首批传统村落及第六批中国历史文化名镇，位于内蒙古乌兰察布丰镇市东北部，是历史悠久的蒙汉文化交融的商贸关口.古镇内现存大量以青砖为主要建筑材料的古建筑，在当地自然环境影响下古建青砖产生了严重的劣化现象，影响古建筑的安全性和耐久性. 针对隆盛庄古镇复杂环境开展青砖的耐久性研究工作，研究结果表明：隆盛庄严寒气候与盐渍土环境是造成古建青砖劣化的两个主要环境因素，古建青砖劣化原因以冻融循环作用为主，可溶盐的存在加快了青砖的劣化速度；05可靠度水平清水冻融、基准浓度盐溶液冻融、10倍基准浓度盐溶液冻融下青砖的耐久性寿命分别为96、90、75次循环；隆盛庄自然环境下，通过小样本预测古建青砖的剩余寿命在43年及以上的占比为77%，除部分损伤较为严重的古建青砖需要修复或替换，剩余大部分可以继续使用.

平身科斗栱节点侧向荷载位移计算模型

2024年10月28 00:00

平身科斗栱在减小梁跨度、分配屋面荷载和协同抵抗侧向变形中发挥着重要作用.为建立面宽方向加载的平身科斗栱节点的侧向荷载位移计算模型，在分析节点构造特征和水平往复荷载作用下斗栱的受力状态基础上，结合典型节点模型参数及木结构抗侧构件荷载位移骨架曲线表征方法，计算了竖向荷载和面宽方向施加水平荷载共同作用下平身科斗栱骨架曲线上的弹性荷载、峰值荷载及相应位移.建立的平身科斗栱节点侧向荷载位移计算模型与试验数据进行对比，验证了该计算模型的正确性.结果表明，建立的侧向荷载位移力学模型弹性段与试验骨架曲线吻合良好，能较好地反映模型弹性段刚度及其侧向承载力，但对峰值荷载的计算值偏小.

宋式古建筑木结构有限元模拟及承载特征

2024年10月28 00:00

为提出宋式古建筑木结构的有限元模拟方法并揭示其承载特征，分析了与础石接触的柱脚和与普拍枋接触的柱头的转动特性，并给出了柱脚和柱头恢复力矩的显示表达式.研究了考虑普拍枋影响的柱头燕尾榫节点恢复力矩解析模型.并建立了宋式古建筑木结构弹簧梁单元有限元模型，研究了此类结构的承载特征.结果表明：建立的模型可以较好地表征木结构的承载能力，当木结构向右侧变形时，竖向荷载由普拍枋左侧传递给柱头，由普拍枋右侧传递给柱头和阑额，普拍枋与柱头之间的压力随加载位移的增大而减小，普拍枋与阑额之间的压力随加载位移的增大而增大.木柱和柱头燕尾榫节点提供的承载能力是三种竖向荷载作用下木结构侧向承载能力的主要组成部分.三种竖向荷载工况下，木柱提供的承载能力均大于60%，木柱的承载能力贡献比随竖向荷载的增大而增大.

水平作用下古建筑木柱受力性能影响因素分析

2024年10月28 00:00

由于柱脚的平摆浮搁布置，古建筑木柱在水平作用下的受力性能对整体结构的抗震性能具有重要影响.为探究水平作用下古建筑木柱受力性能的影响因素，基于木柱在水平作用下的力学模型，从静力和动力两个方面，分别讨论弹性模量、高径比、轴压比、圆频率和加速度幅值等因素对木柱受力性能的影响.结果表明：在静态下，古建筑木柱的受力行为由柱脚节点的受力性能体现.更大的弹性模量、更小的高径比和更高的轴压比能够增加柱脚节点的刚度和恢复力矩，使木柱保持稳定.在动态下，木柱的动力响应表现为滑移和倾斜.相比于水平作用的振幅，频率对木柱的动力响应影响更大.柱脚的滑移量有限，木结构的倒塌更大来自于木柱的倾斜角度过大.该研究成果可为古建筑木柱的抗震加固提供理论支撑.

基于纤维梁柱单元的古建筑木柱空间受力分析模型

2024年10月28 00:00

古建筑木柱浮搁于础石，其空间力学性能与结构地震响应密切相关.提出了基于纤维梁柱单元的古建筑木柱空间受力分析模型，根据柱脚局部受压确定古建筑木柱纤维截面网格尺寸划分原则，使用只压材料反映古建筑木柱受压不受拉特性，通过设置材料应变间隙考虑柱底与础石的接触缺陷.分析了模型对材性参数和应变间隙的敏感性，给出了模型应变间隙的取值方法，并基于已有试验验证了模型的正确性.进一步对模型施加空间荷载和地震机理，获取了其空间力和位移特性，结果表明：模型具备反映古建筑木柱空间力学性能的能力，可应用于结构抗震分析.

传统民居木结构柱-插梁透榫插销节点抗震性能试验研究

2024年10月28 00:00

以传统民居柱插梁透榫插销榫卯节点为研究对象，结合节点拟静力试验和透榫插销单元剪切试验，分析节点刚度、承载能力、耗能、转动中心的非对称性及其形成机制，讨论不同加载模式对透榫插销单元抗剪性能的影响，进一步推导节点转动刚度和内应力屈服次序.结果表明：透榫插销节点正、负向转动屈服模式分别为插销连接处剪切屈服和榫头上下表面横纹嵌压屈服，对应转动初始刚度和屈服弯矩差异达3倍以上，主要受梁端对柱挤压和木销拉结作用影响；节点屈服后，木销连接处残余变形导致节点拉向转动时拔榫难以复位，梁端与柱表面脱离，仅通过榫头上下表面挤压摩擦产生抵抗弯矩；拉向、拉压循环加载模式下，透榫插销单元失效模式为插销处剪切和弯曲断裂；初始剪切刚度和屈服荷载均高于单调加载，但极限位移仅为单调加载的56%和78%，因插销连接失效对应整体节点极限转角为008~011 rad.通过分别推导榫头卯口挤压内力和梁端柱拉、压内力形成的弯矩，叠加获得节点弯矩转角关系与试验值吻合良好.

积石山Ms6.2地震青海灾区少数民族聚居区域木结构民居震害调查与分析

2024年10月28 00:00

积石山Ms62地震发生后，受青海省住建厅委托，对青海灾区少数民族聚居区域内的木结构民居开展震害调查. 结果表明，传统木结构民居地基基础较为简单，地震作用下房屋地面较多出现沉降，致使立柱下陷、歪闪. 砖砌（夯土）分隔墙与木构架间的协同变形能力较差，地震作用下墙体的振动挤压易导致木构架榫卯节点受损，包括拔榫、卯口撕裂等. 此外，砖砌（夯土）分隔或围护墙体与主体结构间一般缺乏有效连接措施，地震作用下部分墙体失稳倒塌. 另一种砖（土）木结构民居则暴露出两种典型震害，包括承重墙体脱开、受剪破坏乃至失稳倒塌，以及木屋顶错位闪落. 通过此次震害调查，为未来类似木结构民居的抗震设计与修复加固提供了参考.

抬梁式空间木结构古建筑有限元建模方法

2024年10月28 00:00

基于空间抬梁式木结构古建筑拟静力试验结果，以榫卯缝隙、摩擦系数及屋顶存在与否为变量，构建六组有限元数值模型，探讨这些变量对模型精度的影响.研究结果表明：所建立的数值模型能够准确模拟结构在加载过程中的变形特性；结构滞回曲线为反“S”形，具有明显的“捏缩效应”，与木结构的实际耗能特征相符；在受力性能方面，燕尾榫节点之间的缝隙会降低结构的承载力；结构的承载力和刚度随摩擦系数的增大而增大；提出的两种屋顶简化方法使结构的承载力分别增加20%和60%.通过对比明确了抬梁式空间木结构数值模拟中影响其精度的关键因素，为后续木结构数值模型的建立与修正提供了重要的参考依据.

木构古建筑摇摆类比模型震能辅助动态复位研究

2024年10月28 00:00

木构古建筑结构体系复杂，其立柱设置受“侧脚”与“生起”构造要求制约，地震作用下将触发同层柱群摇摆行为，从而在各层楼板间形成双向缓坡滑移结构体系，抵御地震侵袭.为探究中国木构古建筑在地震作用下的耦合滑移响应，利用W型界面滑块建立双向缓坡滑移结构体系类比“理论”模型，设置滑动面库仑摩擦系数表征体系滑动阻尼，选取40条近场水平地震波，并依据峰值地震加速度（PGA）数值及其时刻划分地震波“峰时”及“峰后”阶段参数，运用刚体运动学数值积分提高实时滑移计算精度，开展类比模型多参数动力滑移时程响应分析.研究结果表明：各类型近场水平地震作用下，具有3°缓坡和005界面摩擦系数的类比模型的最大相对滑移均发生在相应地震的“峰时”阶段，且幅值均小于对应地震峰值位移（PGD）幅值的2倍，并且PDG对低摩擦类比模型地震耦合滑移行为影响显著；各地震“峰后”残余能量可有效辅助缓坡刚体滑块动态复位，3~5°W型缓坡搭配003~006界面摩擦系数时效果最佳.

木结构榫卯节点抗震性能及加固试验分析

2024年10月28 00:00

不同类型榫卯节点的加固方式应根据其具体破坏模式来选择，为探究不同加固方式与榫卯节点类型的适宜性，采用多阶屈曲阻尼器、伸臂式金属阻尼器、钢条分别对透榫节点、燕尾榫节点、半榫节点进行加固，通过开展加固与未加固榫卯节点低周反复荷载试验，并对比分析了榫卯节点的破坏特征、水平承载力、刚度和耗能能力.试验结果表明：各加固方式均能有效抑制节点拔榫、增加节点耗能、提升节点最大承载力和刚度等抗震性能指标，但各加固方式效率及对节点性能影响差异明显.其中，多阶屈曲阻尼器、伸臂式金属阻尼器和钢条加固节点的最大承载能力较未加固节点分别提高了467%、496%、203%；加固节点的初始刚度分别提高了145%、426%、221%；多阶屈曲阻尼器可显著增强透榫节点的耗能能力且对其承载力和初始刚度影响有限；伸臂式金属阻尼器可大幅提升燕尾榫节点的初始刚度和最大承载力，有效避免出现榫颈和榫角断裂；钢条加固方式在有效抑制半榫节点的拔榫的同时能有效提升节点刚度和承载力.可见，不同类型榫卯节点应根据性能需求选用适宜的加固方式并对加固参数进行合理化设计.

龙门石窟擂鼓台南洞砌体建筑失稳机制与保护修缮技术研究

2024年10月28 00:00

为合理评估龙门石窟擂鼓台南洞前室砌筑建筑稳定性，研究调查了南洞砌体建筑形制，查明了文物建筑病害发育现状，采用离散元数值分析方法对砌体建筑的变形和破坏机制展开研究分析，基于调查研究结果，在南洞前室砌体建筑保护工作实施过程中采用新型加固修缮技术．结果表明：建筑砌体破坏模式主要以剪切破坏为主，表现为砌体墙向临空面鼓出变形，砖拱券产生宽大的结构性贯通裂缝；降雨对砌体变形影响显著，不仅加大了结构变形量，还导致变形范围扩展；导致砌体变形的主要因素包括砌体顶部及周边填土侧向土压力、土重量的变化及土体滑动牵引作用，砌体组成材料自然劣化导致的力学强度降低，砌体承力部位支撑条件不良；明确现状洞窟处于不稳定状态，应立即采取加固和保护修缮措施；保护过程采取的加固修缮措施可有效地保证砌体建筑的稳定性．该加固修缮实践采取的技术在龙门石窟保护工作中首次采用，具有一定的创新性．