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不对称开门洞轻型木结构房屋抗震试验研究

李翰伯  
【摘要】: 轻型木结构房屋在北美地区已经得到了广泛的推广和应用,但是以往的研究大都基于钉节点破坏试验和构件的破坏试验。而基于整体模型的分析尚不成熟。为此本文基于在北美地区广泛使用的轻型木结构房屋的模拟振动台试验,对模型不同开洞状态下的地震反应做了综合分析。 本次的试验对象为二层足尺结构模型,模型平面尺寸为6m×6m,在模型每层的东侧和西侧分别开两个1.2m×1.2m(宽度×高度)的窗口,模型一层的南侧中部开一门洞,尺寸1.2m×2.1m(宽度×高度),而模型一层北侧的墙板开洞高度保持2.1m不变,开洞宽度不断增大,并根据模型开洞宽度大小和激振方向的不同把模型分为五个阶段。分别在不同阶段施加0.1g、0.2g、0.4g水准的三种典型的地震波。在每个水准和试验阶段结束前后进行白噪声扫频。 本文通过数据处理和Matlab编程,对比分析了不同模型状态和不同模拟地震水准下模型的加速度反应、层间相对位移变化和OSB面板的错动反应以及底部螺栓力变化规律。重点处理了模型在不对称状态下的各个白噪声数据,在保证数据不失真的条件下,通过尝试不同类型的窗函数和曲线拟和算法,得到各个通道相对台面的传递函数,以及同一高度处不同加速度测点的时程加运算和减运算之后相对于台面的传递函数,比较不同地震水准和不同模型状态下各个通道的传递函数曲线,识别两个方向上的一阶、二阶平动频率和扭转频率;绘制不同模型状态下的一阶、二阶平动振型和模型不对称状态的扭转振型,并总结频率变化趋势和模型开洞率的关系。 进一步研究开洞率变化对模型扭转频率、一阶二阶平动频率的影响,定量分析在不同开洞率下模型的损伤程度及开始进入延性的界限。综合分析在模型开洞率变化过程中钉节点破坏、底部螺栓力、相对小位移、相对大位移、加速度放大系数等变化机制。提出了不对称开门洞木结构房屋临界开洞率的界限值,为轻型木结构房屋设计提供了试验依据。结合木结构的破坏机理,对将来的木结构模型分析做了展望。


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