木材榫卯结构力学分析

木材是非均质的、各向异性的材料，树干包括许多同心圆的年轮层次，这赋予木材圆柱对称性。这种对称性体现在木材的许多物理性质上，例如弹性、强度、热传导性能等。早在1928年，普赖斯(Price)就把正交对称原理应用于木材，借以说明木材材性的各向异性。根据树干的解剖构造，它有圆柱对称性。在远离髓心的一定位置取一个小块矩形试件，要求其有一对材面切于年轮，于是这个试件就有三个对称轴:平行于纵向的L轴、平行径向的R轴和平行于弦向的T轴。这三个轴大致是相互垂直的。但这三个方向的弹性常数不同。虽然径向轴在木材中是发散的，而不是平行的，并且L--T面也不是完全的平面，而是略似圆柱面。但经常仍然可以把这三个轴当作相互垂直的弹性对称轴，这样就把正交对称原理引入到了木材上。 木材在物理力学性质方面都具有特别显著的各向异性。顺木纹受力强度高，横木纹低。斜木纹介于两者之间。木材的强度还与取材部位有关，例如树干的根部与梢部、心材与边材、向阳面与背阳面等都有显著差异。此外，无疵病的清材与有疵病(木栉、斜纹、裂缝等)的木材之间差异更大。本文仅讨论清材的力学性质。 木材受拉、受剪时，在极小的相对变形下突然发生破坏的性质称为具有脆性破坏性质;相反，木材受压、受弯破坏时，具有较大的不可恢复的塑性变形性质。木材顺纹受力时，受压强度比受拉强度低。

古建筑柱架层说明

国内外对古建筑木结构的研究很多，而不是用一根铁一根钉，梁柱节点和侧脚的榫卯连接、吊装、麻雀替代等特殊方法是古代木构架与现代建筑结构区别的关键点。 古建筑构架 侧脚和出生的实践和发展原因，通过建立侧脚和立管的有限元分析模型，定量分析表明，侧脚和立管不仅可以不同程度地降低檐口柱的加速度响应峰值、位移响应峰值和轴向压力响应峰值，而且可以显著降低檐口柱的倾覆力矩，从而限制木框架的位移，优化各构件的应力，提高结构的抗震性能和稳定性。额头下的麻雀类似于现代建筑结构的腋梁。麻雀的使用不仅丰富了立面，还增强了梁端的抗弯和抗剪性能，不仅提高了节点的刚度和强度，还减小了前额的计算跨度，从而减小了前额的受力。 榫卯节点不同于现代建筑结构节点，具有较强的转动能力，能传递一定的弯矩，具有明显的半刚性特征。详细介绍了古代木结构中常见的榫卯结构及其组装技术；提出榫卯连接是介于刚性连接和铰链连接之间的半刚性连接，并利用空间二节点虚拟弹簧单元昆明理工大学、Xi建筑科技大学、东南大学、北京工业大学等对这种半刚性连接进行模拟。对榫卯节点和直榫节点的柱进行了大量的拟静力试验，详细分析了榫卯节点的工作机理、破坏模式和抗震性能。此外，日本京都大学铃木教授课题组和韩国原子能研究所综合安全评估小组也对古代木榫卯节点的抗震性能进行了动静态分析；通过数值模拟研究了榫卯节点的力学性能。 景观古建筑 一系列研究表明:半刚性榫卯节点在水平重复荷载作用下，由于榫卯之间的滑动和有限转动，具有明显的滞回耗能和减振作用；定性地给出了榫卯节点刚度的变化规律。对于柱框架来说，柱脚的水平摆动和浮动放松了柱与基础之间的相互约束，即柱与基础石材的界面可以抵抗压缩但没有抗拉能力。在水平倾覆力矩的作用下，允许柱架在与基石的界面处有一定程度的抬升。在地震作用下，柱架的反复升降和返回引起柱架的摆动，形成摆动和自复位结构，一方面降低了柱架本身在强震作用下的延性需求，降低了地震的破坏。