增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230658

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (7): 119-134.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.230658

所属专题： 2024年土木建筑工程

增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能

陈庆军¹^,² 雷浚² 李冰州² 左志亮² 蔡健¹^,²

^1.华南理工大学亚热带建筑与城市科学全国重点实验室，广东广州 510640
^2.华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640
^3.广东省普通高校工程抗震研究中心，广东广州 510640

收稿日期:2023-10-24 出版日期:2024-07-25 发布日期:2024-02-29
通信作者: 左志亮（1982—），男，博士，副教授，主要从事钢-混凝土组合结构、木结构研究。 E-mail:ctzlzuo@scut.edu.cn
作者简介:陈庆军（1975—），男，博士，教授，主要从事木结构、混凝土结构等研究。E-mail： qjchen@scut.edu.cn
基金资助:
广东省自然科学基金资助项目(2021A1515012603)

Seismic Performance of Hoop Head Tenon Timber Joint with Added Corner Dampers

CHEN Qingjun¹^,² LEI Jun² LI Bingzhou² ZUO Zhiliang² CAI Jian¹^,²

^1.State Key Laboratory of Subtropical Building and Urban Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China
^2.School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China
^3.Engineering Seismic Research Center of Guangdong，Guangzhou 510640，Guangdong，China

Received:2023-10-24 Online:2024-07-25 Published:2024-02-29
Contact: 左志亮（1982—），男，博士，副教授，主要从事钢-混凝土组合结构、木结构研究。 E-mail:ctzlzuo@scut.edu.cn
About author:陈庆军（1975—），男，博士，教授，主要从事木结构、混凝土结构等研究。E-mail： qjchen@scut.edu.cn
Supported by:
the Natural Science Foundation of Guangdong Province(2021A1515012603)

摘要/Abstract

摘要：

为了给广府木结构的修复提供理论依据，采用菠萝格木材设计制作了5个箍头榫节点试件。考虑到榫卯构造尺寸的影响，首先进行了未加固无损节点的拟静力试验。然后，采用对原有外观影响较小的雀替型阻尼器对上述节点损坏试件进行加固，以尽可能保留建筑的原始风貌。最后，对加固节点进行拟静力试验，以研究节点的抗震性能变化以及阻尼器的加固效果。结果表明：采用阻尼器加固后的节点试件在加载至破坏时，榫卯处压痕明显，梁外榫外侧劈裂、脱榫现象明显，阻尼器脚部的橡胶与钢板有一定的脱离现象；对节点增设阻尼器能够弥补节点初期损伤导致的受力性能下降，为残损榫卯节点提供较好的后期刚度，提高节点的承载能力和耗能能力；与未加固试件相比，增设阻尼器后，试件的后期刚度、极限承载力、总滞回耗能均有所增加，分别提高18%、19%、20%以上。文中还在已有简化力学模型的基础上，结合OpenSees，提出了一种应用于箍头榫木结构的宏观模型建模方法。采用该方法得到的节点滞回曲线与试验结果吻合良好，可以有效模拟阻尼器加固的箍头榫木节点的滞回耗能特性。

关键词: 木结构, 箍头榫节点, 节点加固, 阻尼器, 抗震性能

Abstract:

To provide theoretical basis for the restoration of Guangfu wooden structures, five hoop head tenon joint specimens were designed and manufactured using Merbau wood. Considering the influence of the size of mortise and tenon construction, quasi-static tests were carried out on undamaged and unreinforced joint specimens. Then, to preserve the original appearance of the building as much as possible, the damaged joint specimens mentioned above were reinforced by the Queti-type dampers that have minimal influence on the original appearance of the structure. Finally, quasi-static tests were conducted again on the reinforced joints to investigate the difference in their seismic performance and the strengthening effect of the dampers. The results show that the joint specimens reinforced with dampers exhibit significant indentations at the mortise and tenon connections when being loaded to failure. There is noticeable splitting on the outer side of the tenon of the beam and the detachment of the tenon, as well as obvious separation between the rubber and steel plate at the base of the damper. The addition of dampers to joints can compensate the decrease in force-bearing performance caused by initial damage, provide better post-damage stiffness for the damaged mortise and tenon joints, and enhance the ultimate load-bearing capacity and energy absorption capacity. After adding the damper, there occur enhancements in terms of post-damage stiffness, load-bearing capacity and energy absorption of specimens, as compared with the unreinforced joints, with the increment being more than 18%, 19% and 20%, respectively. Moreover, on the basis of the existing simplified mechanical model and in combination with OpenSees, a macro-modelling method was proposed for hoop head tenon timber structures, which helps to obtain hysteresis curves of the joints being in good agreement with the experimental results, meaning that the modelling method can effectively simulate the hysteresis energy dissipation characteristics of the hoop head tenon joints strengthened with dampers.

Key words: timber structure, hoop head tenon joint, joint strengthening, damper, seismic performance

中图分类号:

TU318

陈庆军, 雷浚, 李冰州, 等. 增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(7): 119-134.

CHEN Qingjun, LEI Jun, LI Bingzhou, et al. Seismic Performance of Hoop Head Tenon Timber Joint with Added Corner Dampers[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(7): 119-134.

图/表 29

图1

图2

图3

表1

表2

菠萝格木材的物理力学性能1）"

参数	取值		取值		取值
$f L t$	126.90	$E R c$	1 764.5	$μ L R$	0.371
$f L c$	47.10	$E T c$	909.3	$μ L T$	0.467
$f R c$	10.50	$E L m$	34 428.8	$μ R T$	0.703
$f T c$	9.43	$G L R$	806.24	$μ T R$	0.333
$f L m$	98.20	$G L T$	644.99	$μ R L$	0.050
$E L c$	10 749.8	$G R T$	193.50	$μ T L$	0.031

表2

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

表3

图16

图17

图18

表4

图19

表5

图20

表6

图21

图22

图23

参考文献 26

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试件	h/mm	D/mm	t
JS1（RJS1）	130	150	0.4D
JS2（RJS2）	130	130	0.4D
JS3（RJS3）	130	170	0.4D
JS4（RJS4）	130	150	0.3D
JS5（RJS5）	130	150	0.5D

试件序号	总滞回耗能/（kN∙mm）		提高率/%
试件序号	未加固试件	加固后试件	提高率/%
1	1 674.34	2 313.59	38.18
2	1 946.50	2 425.80	24.62
3	3 426.08	3 560.45	3.92
4	1 762.80	2 276.84	29.16
5	1 450.73	1 848.14	27.39

参数	取值		取值		取值
rDispP	0.10	fFoceP	0.00	uForceP	-0.01
rDispN	0.10	fFoceN	0.00	uForceN	-0.01
gK₁	-0.1	gD₁	0.05	gF₁	0.0
gK₂	-0.1	gD₂	0.05	gF₂	0.0
gK₃	-0.1	gD₃	0.05	gF₃	0.0
gK₄	-0.1	gD₄	0.05	gF₄	0.0
gK_Lim	-0.1	gD_Lim	0.05	gF_Lim	0.0
gE	10 000

未加固试件	epsP	epsN		epsP	epsN
JS1	0.004	0.007	RJS1	0.012 2	0.018 2
JS2	0.000	0.000	RJS2	0.142 0	0.142 0
JS3	0.000	0.000	RJS3	0.004 2	0.012 2
JS4	0.000	0.000	RJS4	0.002 2	0.012 2
JS5	0.000	0.002	RJS5	0.006 2	0.008 2

参数	取值		取值		取值
alpha	0.055	Ao	1	deltaShi	0.01
ko	7 500	q	0.86	lambda	0.48
n	1	zetas	0.69	tol	0.001
gamma	0.05	p	39.1	maxlter	1 000
beta	0.95	Shi	2.31

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