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东莞市三界庙木结构有限元模拟

段茗  
【摘要】:在中国,古建筑的保护正在引起越来越多的关注。木结构古建筑是现存古建筑中数量最多的建筑类型,遍及我国城乡大地,具有极高的历史、文化价值。开展木结构古建筑修缮加固的理论研究对保护这些珍贵的文化遗产有着重要的意义。 三界庙重修于2001年,属于仿明代古建筑,在近十年的使用过程中,木塔本身出现较大残损。三界庙部分结构表面出现轻微的干缩裂缝;顶层檩条有一根甚至出现明显的断裂,屋面随之下沉;外檐柱大部分出现扭转角,结构变形严重,其残损破坏情况已危害其正常的使用。因此,对该木塔进行诊断和维修已经成为迫不及待的事情。本文以东莞三界庙为工程背景,建立三界庙木塔有限元分析模型,并在此基础上对其受力状态及加固方法进行探讨分析,并得出结论。 文章首先系统介绍了榫卯连接形式,并基于榫卯连接的特殊性对榫卯进行静力分析,得出榫卯连接介于固结与铰接之间,属于半刚性连接。结合相关文献关于弯矩与转角的四参数幂函数模型,推导了空间半刚性梁单元的非线性刚度矩阵。基于此理论利用Ansys有限元软件的刚度单元,建立以过渡单元模拟榫卯的半刚性有限元模型。同时对比刚性连接与半刚性连接模型,验证了半刚性连接的简化计算方法能够更精确的反应榫卯的力学特性。 最后文章对木塔残损原因进行分析,同时建立木塔现状有限元模型,在此基础上建立了碳纤维及斜撑加固的两种加固模型,对加固后的结构受力状态进行分析,并根据分析结果为本木塔提出相关修复建议。


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