竹框架結(jié)構(gòu)的小型振動臺試驗(yàn)研究★

萬虹宇 劉 楊 羅 勝 肖云風(fēng)

(重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

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竹框架結(jié)構(gòu)的小型振動臺試驗(yàn)研究★

萬虹宇 劉 楊 羅 勝 肖云風(fēng)

(重慶科技學(xué)院，重慶 401331)

通過一個(gè)縮尺比為1∶10的單層單跨框架結(jié)構(gòu)模型的小型振動臺試驗(yàn)，研究了竹框架結(jié)構(gòu)中梁、柱連接方式及柱間支撐對其抗震性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示，梁柱連接節(jié)點(diǎn)采用榫卯方式增加了框架的剛度，設(shè)置柱間支撐可消能減震，設(shè)置支撐的方式對提高結(jié)構(gòu)抗震性能更有效。

振動臺試驗(yàn)，竹框架，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，柱間支撐，抗震性能

0 引言

國內(nèi)外的震害表明，輕型木結(jié)構(gòu)或竹結(jié)構(gòu)體系與砌體結(jié)構(gòu)相比具有較好的抗震性能。與木材相比，竹子具有強(qiáng)度高、生長快、加工簡便及來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，有望取代生長緩慢的普通闊葉木材，成為一種有著廣泛應(yīng)用前景的可再生原料[1]。目前國內(nèi)外對竹結(jié)構(gòu)的靜力性能的研究較多[2]，但對其動力性能[3]和抗震性能的試驗(yàn)研究較少，為了研究梁與柱連接構(gòu)造及支撐設(shè)置對竹框架抗震性能的影響，本文作者進(jìn)行了縮尺比為1∶10的小型振動臺試驗(yàn)，分析節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和支撐設(shè)置對竹框架抗震性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 材料屬性與模型設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用竹材制作單層單跨的框架結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸踩N：第一種為框架梁與柱采用簡單的半剛性連接，不設(shè)置支撐；第二種為框架梁與柱采用榫卯構(gòu)造連接加強(qiáng)，不設(shè)置支撐；第三種為框架梁與柱采用簡單的半剛性連接，但在柱間設(shè)置支撐。三種模型采用相同的尺寸(見圖1)，比例為實(shí)際結(jié)構(gòu)的1/10。模型中框架梁、柱采用竹皮按順紋方向制成，截面均采用箱形截面，柱子截面為4 mm×4 mm，梁截面為3 mm×5 mm，截面厚度為0.5 mm。竹材順紋方向的彈性模量E=10 GPa。

配重設(shè)計(jì)按照保證在重力荷載作用下，框架柱底部壓應(yīng)力與原型相等的原則[4]，將矩形鋼板通過熱熔膠與框架梁相連來施加

配重。

試驗(yàn)時(shí)用熱熔膠將框架柱牢牢固定在竹制底板上，底板與振動臺采用螺栓緊密相連，假定模型與振動臺的連接為固結(jié)，不考慮柱底連接變形或破壞對上部結(jié)構(gòu)的影響。

為采集模型不同部位在加載方向的加速度反應(yīng)，在模型的柱頂與樓層平面中心處安裝了加速度傳感器(見圖1)。

1.2 振動臺與地震波輸入

試驗(yàn)采用北京波普公司制造的WS-Z30小型精密模擬振動臺，臺面尺寸為516 mm×380 mm。在地震波選波時(shí)，考慮峰值、頻譜特性、地震動持時(shí)三個(gè)要素以及振動臺自身特性，篩選出符合要求的地震波(見圖2)，在x軸方向輸入篩選后的地震波。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)過程中，三種框架都產(chǎn)生了明顯的變形，因振動臺限制，不能施加較大的加速度，所以三種框架都沒有發(fā)生破壞，但從加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)可以比較三種框架的地震動反應(yīng)。振動臺輸入的加速度與頂層中心和柱頂?shù)募铀俣确磻?yīng)見圖3～圖5。

從圖3和圖5的比較可知，相對于未加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的框架，節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)框架的柱頂處加速度反應(yīng)增加了，而框架頂部加速度略變小，說明加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)后的竹框架剛度增加了；從圖4和圖5的對比可知，在柱間設(shè)置支撐后，竹框架的頂部及柱頂?shù)募铀俣确磻?yīng)都減小了，說明支撐起了消能作用，降低了上部結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。

3 結(jié)語

1)竹框架的梁與柱采用類似榫卯的連接方式，可增加框架的剛度，節(jié)點(diǎn)不易破壞，對抗震有利。

2)在竹框架的柱間設(shè)置支撐可以降低上部結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，支撐起消能作用，對抗震非常有利。

3)提高竹框架的抗震性能，設(shè)置支撐的方式比加固梁柱節(jié)點(diǎn)的方式更有效。

[1] 陳 國，肖 巖.竹結(jié)構(gòu)屋架試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用[J].工業(yè)建筑,2013,43(8):69-74.

[2] 費(fèi)本華，張東升，任海清,等.竹結(jié)構(gòu)材連接件的承載能力[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,32(3):67-70.

[3] 曾競誼.關(guān)于現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)動力特性的試驗(yàn)研究[D].長沙：湖南大學(xué),2011：1-5.

[4] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Small shaking table test on bamboo frame model★

Wan Hongyu Liu Yang Luo Sheng Xiao Yunfeng

(ChongqingUniversityofScience&Technology,Chongqing401331,China)

Small shaking table test of a 1∶10 scaled bamboo frame model was conducted to study the positive effect of connection and column bracing. The research shows that mortise and tenon joint can increase the rigidity of bamboo frame, and column bracing can dissipate seismic energy. The latter is more effective.

shaking table test, bamboo frame, connection, column bracing, seismic performance

1009-6825(2017)14-0018-03

2017-03-09★：重慶市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201511551357)

萬虹宇(1982- )，女，講師

TU366

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