手机直线：
咨询热线：0571-56211150
结构构件之间采用榫卯连接是中国古建筑木结构的一大特色。用于连接承重木构架梁柱构件的榫卯主要有：燕尾榫、箍头榫、透榫和半榫等。其中燕尾榫因为榫头端部宽、根部窄，具有良好的抗拔能力而被广泛应用于柱头与额枋的连接。由于榫卯连接是一种不同于铰接和刚接的连接方式，其刚度特性引起了大批研究者的关注。
赵鸿铁等参照《营造法式》中的做法制作了1:3.52的单间一榀燕尾榫缩尺木构架模型，研究了燕尾榫的半刚性连接特性和刚度退化规律，拟合出了榫卯节点弯矩-转角的关系方程和恢复力模型。徐刚明等通过对5个按照清代《工程做法则例》的做法制作的燕尾榫节点模型在反复荷载作用下的试验研究，发现木结构榫卯节点具有很好的变形能力，节点破坏形式为拔榫破坏。淳庆等通过对包含燕尾榫在内的4种典型榫卯节点进行低周反复加载试验，获取了这4种典型榫卯节点在水平荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线以及转角刚度，并提出了考虑屈服下降段的三折线模型。
目前的研究方法多采用试验研究，其不足之处是代价高，且数据的获取不够方便和精确。本文采用大型通用非线性有限元分析软件Abaqus，结合文献采用的试验尺寸，建立燕尾榫节点的精细化有限元模型，研究燕尾榫节点的刚度特性和抗震性能。
文献试验柱架尺寸：柱径210mm，梁截面120mm×180mm，燕尾榫榫头端部宽60mm，榫头根部宽50mm。由于模型对称，为节约计算资源，可取半结构建立精细化有限元模型。柱底和梁端分别通过与相应参考点耦合建立铰支座约束，以梁端榫头为从面，以柱端卯口为主面建立接触对，接触属性设为法向硬接触、切向库伦摩擦，摩擦系数取0.2。计算单元采用计算精度较高的三维八节点六面体线性非协调单元C3D8I，运用结构化网格划分技术，通过切分模型，在接触区域附近细化网格。
木材通常被认作正交各项异性材料，试验采用的东北红松的材性试验结果。其中下标1、2、3分别代表木材的径向、弦向和纵向。通过在Abaqus中赋予单元材料方向可以定义材料的正交各项异性。
在弹性阶段，木材的本构关系可以由E1~G239个工程常数来决定。木材的塑性特性采用Hill准则模拟，参考屈服强度取木材顺纹受压强度34.76MPa，塑性发展考虑为理想弹塑性模型，根据木材各强度大小比值关系，计算出Hill准则的 6个屈服应力比R11~R23。
为考虑P-∆效应的影响，采用柱端加载方案。通过建立在柱顶并与柱顶截面耦合的参考点施加水平和竖向荷载。竖向设计荷载为10kN，先于水平荷载施加在柱端，使榫卯接触关系平稳建立起来。水平加载采用变幅值位移加载，初始值10mm，每级位移增量10mm，循环加载至最大位移幅值200mm。计算过程中通过设置软件中的Nlgeom；开关为On来考虑几何非线性。
在竖向荷载和水平低周反复荷载作用下，榫头逐渐从卯口中拔出，榫头端部和卯口边缘应力增大，相继进入塑性发展。此时榫头从卯口中拔出约20mm，节点承载力下降，可认定连接已经失效。
通过梁端支座反力计算节点弯矩，通过分别柱端转角和梁端转角计算节点相对转角，得到燕尾榫节点的弯矩-转角(M-θ)滞回曲线。可见燕尾榫节点滞回曲线呈反Z形，表现出大量的滑移特征，滞回环面积逐渐扩大，反映出燕尾榫较强的耗能能力。
专业从事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技术服务与解决方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司m.vwnkzix.cn，转载请注明出处和相关链接！