Heiduschke [7] Santana [8]. [9-10]. [11] [12]. ( ) g g.,. 3 [13] T. 116g 2.

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诞毛
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318 2017 39 (2 ) F 0; (5 ) σ l ( 15) σ v. (2) (5 ) (1) p. F σ v. cos(π/n) 1; X/Y 1, Y + X Y. 14 (1) n P. ( 14).

[5-6] 2015 11 08 1 2016 03 09. 1) (51406067) (20140203008SF). 2),,. E-mail: slshelly2008@sohu.com,,.

1 (2 ) F 0; (5 ) σ l ( 15) σ v. (2) (5 ) (1) p. F σ v. cos(π/n) 1; X/Y 1, Y + X Y. 14 (1) n P. ( 14). (3 ) l 0; 15 1),,2) ( ) ( ) ( ).... TU A doi / [1-2]. [3-4]. [5-6] ) ( ) ( SF). 2),,. slshelly2008@sohu.com,,.., 2017, 39(3): Sha Lirong, Jian Hongliang, Hu Jialiang. Structure design and simulation analysis on archaized pavilion with threeverge-tile and pointed-roof. Mechanics in Engineering, 2017, 39(3):

3 319.. Heiduschke [7] Santana [8]. [9-10]. [11]... 1 1.1 1... 502.

2 Heiduschke [7] Santana [8]. [9-10]. [11] [12]. ( ) g g.,. 3 [13] T. 116g 2.

力 320 学与实践 2017 年第 39 卷 2.2 材料特性几何模型结构模型设计中采用的竹材规格为 1 250 mm 430 mm 0.50 mm 和 1 250 mm 430 mm 0.35 mm 的本色侧压双层复压竹皮及 1 250 mm 430 mm 0.20 mm 本色侧压单层复压竹皮. 502 胶水用于模型结构各构件之间的连接.

3 力 320 学与实践 2017 年第 39 卷 2.2 材料特性几何模型结构模型设计中采用的竹材规格为 mm 430 mm 0.50 mm 和 mm 430 mm 0.35 mm 的本色侧压双层复压竹皮及 mm 430 mm 0.20 mm 本色侧压单层复压竹皮. 502 胶水用于模型结构各构件之间的连接. 热熔胶用于配重与模型的固定以及模型与底板的连接. 竹材的材料参数为: 弹性模量 E = 10 GPa 抗拉强度 σt = 60 MPa 密度 ρ = kg m 静动力载荷参数及试验结果图 2 模型及静载作用图加载情况竖向载荷作用下模型结构竖向刚度良好变形微小. 在位移测试点竖向位移为 1 mm 左右. 水平方向经三级加载各点变位满足竞赛要求模型完好. 模型分析结构刚度分配更为合理制作简便形式新颖. 同时基本保持了古建筑楼阁的风格且能满足三级地震激励作用因而确定方案三作为模型的最终布局方案. 2 结构建模及主要计算参数 2.1 分析假定根据最终方案的约束情况在对模型进行有限元分析时模型与振动台连接的柱脚节点约束设定为理想固接. 同时由于模型结构在弹性范围内工作因此不考虑结构的几何非线性与材料非线性. 工况 1 竖向加载将铜条载荷和铜球载荷折算成线性恒载荷施加于结构上考察结构的变形情况初步判断结构方案的合理性. 工况 2 一级加载通过控制加载设备输入电压和地震波数据采样频率获得具有相应的峰值加速度和卓越频率的地震波要求在此地震波条件下无任何构件出现破坏. 工况 3 二级加载将原始信号进行压缩获得较高频率地震波要求在此地震波作用下主要构件不破坏. 工况 4 三级加载三级加载完毕后与加配重之前相对比第一层屋檐的屋脊曲线段末端和檐口直线段中点沿铅直方向的挠度不超过 10 mm. 静力载荷即竖向载荷. 在工况 1 中将模型的一层和二层的屋檐屋脊曲线段以及屋檐檐口两处分别安装铜条. 安装在屋檐屋脊曲线段的铜条下边缘半径 160 mm 弧长 184 mm 安装屋檐檐口直线段的配重铜条分别长 180 mm 和 120 mm. 下边缘外挑端部在铅直方向固结 3 个串联在一起的铜球. 屋盖配重由屋顶和屋檐两部分组成材料为铜. 静力载荷分布如图 2 所示. 试验的结果是在静力载荷作用下, 模型结构变形微小竖向位移约为 1 mm. 动载荷采用 WS-Z30 型精密振动台系统来模拟水平地震波对模型的作用振动台单方向加载分别输入三级地震波数据模拟地震作用测定模型的承载力. 第一级地震波频率 200 Hz, 持续时间 32 s 第二级地震波频率 500 Hz, 持续时间 90 s 第三级地震波频率 500 Hz, 持续时间 90 s. 第一级地震波作用时模型摆动幅度较小上部配重有明显晃动柱脚摆动不明显. 第二级地震波作用时结构产生小幅摆动上部配重摆动幅度加大同时构件之间产生摩擦声柱脚部分产生明显转动第三级地震波作用时结构晃动幅度增大上部配重有大幅度摆动柱脚出现明显滑移说明柱脚结点是结构中强度最弱部位. 同时在试验过程中也观察到上部结构以及模型顶部的位移和振幅随着地震波的增强而增大且结构顶部的侧移最大侧移幅度随着地震激励的增加而增大此处最容易发生破坏. 2.4 有限元模型建立利用网格划分工具进行有限元建模. 有限元结构模型中采用 Beam188 梁单元赋以实际截面模拟实际结构. Beam188 是三维线性 (2 节点) 或者二次梁单元. 每个节点有 6 个或者 7 个自由度自由度的个数取决于 KEYOPT(1) 的值. 当 KEYOPT(1) 为 0(缺省) 时每个节点有 6 个自由度节点坐标系的 X, Y, Z 方向的平动和绕 X, Y, Z 轴的转

第 3 期沙丽荣等三重檐攒尖顶仿古楼阁的结构设计及仿真分析动. 当 KEYOPT(1) 为 1 时每个节点有 7 个自由度这时引入了第 7 个自由度 (横截面的翘曲). 这种单元非常适合线性大角度转动和非线性大应变问题.

809 沿 +X 和 Z 向平动四阶 37.927 绕 Y 轴逆时针转动 3 模拟结果及其分析五阶 42.581 沿 X 和 Z 向平动 3.1 静力载荷的分析六阶 42.

图 4 为静载荷作用下的应力云图结构的最大应力产生在二层柱子的底部因此在模型制作过程中需要对危险点图 5 图 7 分别给出了相应的前三阶振型.

4 第 3 期沙丽荣等三重檐攒尖顶仿古楼阁的结构设计及仿真分析动. 当 KEYOPT(1) 为 1 时每个节点有 7 个自由度这时引入了第 7 个自由度 (横截面的翘曲). 这种单元非常适合线性大角度转动和非线性大应变问题. 配重铜球以质量点的形式模拟有限元模型中采用 Mass21 单元. 321 表 1 结构前六阶固有频率和振型表阶数 (变形图) 固有频率/Hz 振型一阶 (图 5) 绕 Y 轴逆时针转动二阶 (图 6) 沿 +X 和 +Z 向平动三阶 (图 7) 沿 +X 和 Z 向平动四阶绕 Y 轴逆时针转动 3 模拟结果及其分析五阶沿 X 和 Z 向平动 3.1 静力载荷的分析六阶沿 X 和 +Z 向平动对建立的有限元模型进行加载静载荷包括模型自重以及配重分析得到模型的内力如图 3. 竖向载荷作用下柱子的最大轴力为 22.23N. 图 4 为静载荷作用下的应力云图结构的最大应力产生在二层柱子的底部因此在模型制作过程中需要对危险点图 5 图 7 分别给出了相应的前三阶振型. 从图中可以看出尽管各阶固有频率振型以及最大变形各不相同但总体上由于模型的二层和三层挑檐所承担的载荷较大导致悬挑的弯矩大悬挑根部结点刚度需要加强. 这与试验结果相吻合. 因此在模型结构的制作过程中针对四角挑檐受力复杂的特点在挑檐的端部与柱的连接处采用梁包裹柱的形式使模型结构的整体性更强在水平地震波的作用下结构不易破坏. 图 3 竖向载荷作用下轴力图图 5 第一阶振型图图 4 应力云图进行加固. 3.2 结构动力分析利用有限元软件对模型进行模态分析计算结构本身的固有频率和相应振型获得结构承受动态载荷的数据 [3]. 为了得到结构固有频率的分布范围以及完整的结构的振动特性对结构的前六阶固有频率和相应振型进行模拟分析见表 1. 图 6 第二阶振型图

力 322 学与实践 2017 年第 39 卷过有限元软件对三重檐攒尖顶仿古楼阁进行力学特性分析获得地震激励对模型结构的影响规律为现存同类古建筑的抗震修缮与补强提供现实的参考价值. 参考文献 1 李世温, 王晋生. 应县木塔抗震性能研究太原太原工业大学,1996 2 魏剑伟, 李铁英, 李世温. 独乐寺观音阁动力特性实测分析.

5 力 322 学与实践 2017 年第 39 卷过有限元软件对三重檐攒尖顶仿古楼阁进行力学特性分析获得地震激励对模型结构的影响规律为现存同类古建筑的抗震修缮与补强提供现实的参考价值. 参考文献 1 李世温, 王晋生. 应县木塔抗震性能研究太原太原工业大学, 魏剑伟, 李铁英, 李世温. 独乐寺观音阁动力特性实测分析. 太原理工大学报 2002, 33 (4): 赵均海俞茂宏杨松岩等中国古代木结构有限元动力分析土木工程学报 (1): 赵均海俞茂宏杨松岩等. 中国古建筑木结构斗拱的动力实验研究. 实验力学 1999, 14 (1): 图 7 第三阶振型图 5 赵鸿铁薛建阳隋葵等. 中国古建筑结构及其抗震试验理论对三级地震波载荷的模拟结果表明普通地震波作用下模型结构不易出现柱脚滑移倒塌破坏的现象而长周期地震波作用下最可能出现层间倒塌长周期地震波的危害性较普通地震波更大. 为使模型结构承受地震波作用时不发生破坏对模型梁柱连接处设计成梁包围柱的形式这种连接方式可使模型在发生较大水平位移时结点只产生转动而不致破坏. 分析结果还表明模型的上部结构和整体结构的柱顶位移均随着地震激励的增大而增大整体结构侧移幅度随着地震激励的增大有着递增的趋势这与试验现象基本一致. 6 赵鸿铁, 张风亮, 薛建阳等. 古建筑木结构的结构性能研究综述. 及加固方法. 北京: 科学出版社 2012 建筑结构学报, 2012, 08: Heiduschke A, Bo K, Haller P. Performance and drift levels of tall timber frame buildings under seismic and wind loads. Structural Engineering International, 2008, 18(18): Santana CLO Mascia NT. Wooden framed structures with semi-rigid connections: quantitative approach focused on design needs. Structural Engineering & Mechanics, 2009, 31(3): 张风亮, 高宗祺, 薛建阳等. 古建筑木结构地震作用下的破坏分析及加固措施研究. 土木工程学报, 2014, 47: 宋耀春, 李占国玉树地震古建筑损害调查及应急性保护对策. 青海社会科学, 2010, 4: 周乾, 闰维明, 杨小森等. 汉川地震导致的古建筑震害. 文物保 4 结论以上理论分析和模型试验表明所选方案的结构体系是合理的构件的强度刚度稳定性均满足大赛要求模型整体保持了古建筑楼阁的外貌. 通护与考古科学, 2010, 22(1): 俞茂宏,Oda Y, 方东平等. 中国古建筑结构力学研究进展. 力学进展, 2006, 36(1) 隋. 中国古代木构耗能减震机理与动力特性分析. [硕士论文]. 西安: 西安建筑科技大学, 2009 (责任编辑: 胡漫) 中国力学学会已开通官方微信平台将及时发布中国力学学会信息和力学界动态. 热诚欢迎力学界广大科技工作者及院校师生关注.

中国公路学报年

中国公路学报年第卷第期年月中国公路学报孟瑾朱平胡志刚根据耐久性试验中常用的整车台架试验方法通过多体动力学模型仿真模拟整车在四轮路面激励下的运动状态提取车身与底盘连接位置的载荷历程采用有限元法分析动载荷作用下的车身结构响应基于传统的应力寿命方法方法寻找车身薄弱环节辨识危险零件应力双轴性并选择多轴疲劳损伤参量预测车身疲劳寿命分析结果表明结合多体动力学与多轴疲劳的寿命