同济大学木结构第六章 木结构力学性能
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中国古建筑木结构力学研究前言中国文化博大精深,流传至今的文化当中包含了大量我国古人的智慧,古建筑可以说是当今世界上最伟大的创造发明之一,从古代起就以其舒适、优美和实用等特点流传至日韩等国。
在当今世界经济飞速发展的背景下,中国古建筑已经成为人类世界最宝贵的文化遗产之一。
而古建筑中的古木结构是最具特色的一种,中国古代的佛寺及观音阁等都以古木结构为主。
现阶段加强对该结构的研究对于保护人类文化遗产具有重要的意义。
近年来我国涌现出越来越多的学者从不同的角度对其展开研究,本文将从力学角度对其研究进展进行描述。
一、中国古建筑木材力学性能青铜和石器时期,我国的木材资源相当丰富,当时的生产力和环境条件下,人们通过智慧运用木材来搭建房屋。
经过古人不断的努力,他们意识到了木材搭建房屋的种种优点,并逐渐将木结构搭建房屋的技术和经验流传了下来。
但是值得注意的是,木结构同其他结构的建筑相同,在建造建筑时同样也存在着许多问题。
(一)材性劣化我国的木结构古建筑经过上千年的洗礼,至今为止已经受到了各种不同的虫蛀及腐蚀,其材性受环境的影响较大,劣化现象严重。
在现阶段的古建筑木结构力学研究过程中,专家们最为关心的问题就是古建筑中的材性劣化问题。
近年来我国相关方面的专家针对木结构的古建筑材性的变化进行了仔细的对比和研究,其中有对大概拥有九百年历史的北岳庙大殿的研究和约有二百年历史的易昌陵碑楼的研究。
经对比,专家们总结出木结构古建筑受到环境和时间的影响比较严重,经历时间越久的建筑,它们的材质更加脆弱,力学性能更加低下,虽然不同的树木种类会使其产生不同的腐蚀程度,但是其变化的整体趋势是相同的。
最初我国对材性劣化的研究方法是应用接种腐朽菌的方式,这种方法能够促使木材腐朽速度加快,从而进行对比,得到想要的实验结果,其结果表明不同的木材,其物理及化学性质是按照一定规律进行衰变的。
(二)木材的各向异性木质材料最大的特点就是它的各向异性,我国在对木结构的精细化有限元进行研究的过程中,专家陈志勇提出了本构模型,该模型能够充分反映出木材各项异性中的抗压能力、弹性及二次应变的硬化在横纹承压下的反应等,以编制的方式在ABAQUS当中融入木材本构模型,同时专家还将这一方式在易昌陵碑楼的受力性能研究中进行了充分的应用,加强分析了对斗栱等受力性能的有限元。
同济大学朱慈勉 结构力学 第6章习题答案6-1 试确定图示结构的超静定次数。
(a)(b)(d)(f)(g) 所有结点均为全铰结点2次超静定6次超静定4次超静定3次超静定去掉复铰,可减去2(4-1)=6个约束,沿I-I截面断开,减去三个约束,故为9次超静定沿图示各截面断开,为21次超静定刚片I 与大地组成静定结构,刚片II 只需通过一根链杆和一个铰与I 连接即可,故为4次超静定(h)6-2 试回答:结构的超静定次数与力法基本结构的选择是否有关?力法方程有何物理意义? 6-3 试用力法计算图示超静定梁,并绘出M 、F Q 图。
(a) 解:上图=l1M p M01111=∆+p X δ其中:EIl l l l l l l EI l l l l EI 8114232332623232333211311=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=δEIl F l lF l lF EI l pp p p817332322263231-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯=∆0817*******=-EIl F X EI l p p F X 211=p M X M M+=11l F p 61l F p 612l 3l 3 题目有错误,为可变体系。
+ p lF 2 1=1M 图p Q X Q Q +=11p F 21p F 2(b) 解:基本结构为:l 1Ml l 2Ml F p 21p Ml F p 31⎪⎩⎪⎨⎧=∆++=∆++0022221211212111p p X X X X δδδδp M X M X M M ++=2211p Q X Q X Q Q ++=22116-4 试用力法计算图示结构,并绘其内力图。
(a)l2l 2 l2l l 2Q 图12解:基本结构为:1Mp M 01111=∆+p X δ p M X M M +=11(b)解:基本结构为:4a 2a4a4a3m6m 6m810 810计算1M,由对称性知,可考虑半结构。
习题解答习题1【解】 该构件为轴心受拉,根据木材类型和等级查表1得其顺纹抗拉强度设计值为24.8/t f N mm =;由表2尺寸调整系数为1.3。
选取最不利截面为150mm 范围内开了3个螺栓孔处,则:240140401234160n A mm =⨯-⨯⨯=2225000 6.01/ 4.8 1.3 6.24/4160n N N mm N mm A ==<⨯= 满足材料强度要求。
习题2【解】 该构件为轴心受压构件,查表3知木材强度等级为TC15A ,由表4知其顺纹抗压强度设计值为213/c f N mm =;因断面短边尺寸不小于150,故可考虑强度设计值提高10%。
不考虑其他强度调整系数。
(1)强度验算2150(20050)22500n A mm =⨯-=2224000010.67/13 1.114.3/22500n N N mm N mm A ==<⨯= 满足强度要求。
(2)稳定验算因构件中间有一缺口,200.90.920015027000A A mm ==⨯⨯=计算长度00.830002400l mm =⨯=15043.35i b mm === 0240055.367543.35l i λ===< 22110.67655.36118080ϕλ===⎛⎫⎛⎫++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭22024000013.15/14.3/0.67627000N N mm N mm A ϕ==<⨯ 满足稳定要求。
习题3【解】跨中弯矩设计值为:214 2.5 3.1258M kN m =⨯⨯=⋅支座处剪力设计值为:5V kN =查表3木材强度等级为TC11B ,查表4得抗弯强度设计值为211/m f N mm =,顺纹抗剪强度设计值为21.3/V f N mm =,强度设计值不作调整。
(1)抗弯强度验算 跨中弯矩最大处,2331120150450106n W mm =⨯⨯=⨯ 62233.12510 6.94/11/45010n M N mm N mm W ⨯==<⨯ 满足抗弯强度要求。