古建築木結構抗震機理研究（簡體書）

木結構在中國建築史中占據極其重要的地位，不同形式、體量的木結構可以滿足從普通民舍到皇帝宮殿等各種需求。據統計，木結構古建築占我國古建築總量的50%以上，而房屋類建築中，以木構架承重的建築占到90%以上。木結構古建築作為一種“不可移動文物”，儼然已成為我國歷史記憶、文化發展和文明進步的載體，價值歷久而彌新。
古建築木結構因其構造獨特而性能優越，目前仍有多座千年以上的木結構古建築得以留存，為中國傳統文化和古人建築技術的研究提供了重要素材。然而，自然環境的侵蝕、荷載的持續作用、偶發地震災害等導致現存的古建築木結構承載性能顯著降低，木結構文化的傳承面臨很大的威脅，尤其是在地震作用下突然性倒塌的風險劇增。對這些建築的修繕加固是使其“延年益壽”的主要途徑，改善或恢復其抗震性能是修繕加固工作的重要內容。科學地研究傳統木結構的抗震性能、合理地揭示木結構的抗震機理是木結構抗震加固的重要前提，也是進行木結構修繕工作的重要參考。
本書針對中國傳統木結構的抗震性能及抗震機理進行了深入的分析和討論。全書共7 章，全面總結了國內外古建築木結構抗震性能研究現狀及發展動態，詳細介紹了宋式梁-柱-斗拱木構架模型的擬靜力測試，得到了木構架在水平往復荷載作用下的變形特徵，首次分析了水平加載導致的木構架豎向運動，系統分析了整體木構架、斗拱層、柱架層的滯回特性，評價了重復加載對木構架滯回性能的影響，創新性地提出了基於重力勢能轉化的木構架抗震機理。
本書有助於推進古建築木結構抗震研究的發展，具有較高的實用價值和參考價值，可為相關領域的科研工作者提供新的思路，為廣大科研工作者和古建築愛好者提供很好的素材，為現存木結構的修繕加固提供科學的支撐。
在本書出版之際，感謝李鐵英教授，王志華教授、劉暉總工程師對本書內容的指導；感謝太原理工大學、山西建設投資集團博士後工作站提供的良好科研和辦公條件；感謝國家自然科學基金項目（52108465）、中國博士後科學基金項目（2020M670696）的資助。
限於著者水平及撰寫時間，書中難免有不妥和疏漏之處，敬請各位讀者批評指正。

著 者
2021 年9 月

1緒論
1.1 概述 002
1.1.1 中國古建築木結構發展歷史 002
1.1.2 宋式大木作構造及技術特點 007
1.1.3 古建築木結構研究價值 010
1.2 古建築木結構抗震性能研究現狀 011
1.2.1 柱腳節點研究現狀 012
1.2.2 榫卯節點研究現狀 014
1.2.3 斗拱節點研究現狀 018
1.2.4 整體結構研究現狀 020
1.2.5 搖擺特性的初步研究 022
1.3 本書研究內容 024

2新型木結構擬靜力測試系統
2.1 擬靜力試驗 027
2.1.1 加載制度 027
2.1.2 測試系統 027
2.2 試驗模型設計 028
2.2.1 模型介紹 028
2.2.2 模型製作安裝 033
2.2.3 構件初始缺陷記錄 034
2.3 加載系統設計 035
2.3.1 基於搖擺的水平加載設計思路 035
2.3.2 水平加載系統設計 036
2.3.3 豎向加載設計 038
2.4 數據采集裝置 039
2.4.1 位移傳感器設計 039
2.4.2 水平位移測量 041
2.4.3 豎向位移測量 043
2.4.4 荷載測量 045
2.4.5 傾斜監測 046
2.5 測試方案 047

3水平往復荷載作用下的木構架變形
3.1 整體結構變形 052
3.2 節點及構件變形 053
3.2.1 柱腳節點 053
3.2.2 柱傾斜變形 055
3.2.3 榫卯節點 059
3.2.4 斗拱節點 061
3.2.5 構件損傷 061
3.3 柱架層和斗拱層水平位移特徵. 065
3.4 水平荷載作用下的木構架豎向運動 069
3.4.1 基於搖擺的木構架豎向抬升理論計算 069
3.4.2 實測木構架豎向位移 071
3.4.3 木構架豎向抬升特徵 075

4整體木構架滯回性能
4.1 初次測試階段木構架滯回性能 078
4.1.1 滯回曲線 078
4.1.2 骨架曲線 081
4.1.3 剛度 083
4.1.4 耗能 085
4.2 重復加載導致的木構架滯回性能變化 088
4.2.1 滯回曲線變化 088
4.2.2 骨架曲線變化 090
4.2.3 剛度變化 093
4.2.4 耗能變化 095
4.3 恢復力模型 097
4.3.1 木構架恢復力模型建立 097
4.3.2 恢復力模型檢驗 099

5柱架層和斗拱層滯回性能
5.1 初次測試階段柱架層和斗拱層滯回性能 103
5.1.1 柱架層和斗拱層滯回曲線 103
5.1.2 柱架層骨架曲線 105
5.1.3 柱架層和斗拱層剛度 107
5.1.4 柱架層和斗拱層耗能 109
5.2 重復測試階段柱架層和斗拱層滯回性能變化 111
5.2.1 柱架層和斗拱層滯回曲線變化 111
5.2.2 柱架層骨架曲線變化 113
5.2.3 柱架層和斗拱層剛度變化 115
5.2.4 柱架層和斗拱層耗能變化 117
5.3 木構架恢復力理論計算 119
5.3.1 木構架中彎矩平衡關係 119
5.3.2 柱搖擺恢復力 120
5.3.3 榫卯節點恢復力 121
5.3.4 木構架恢復力 123

6基於能量的木構架抗震機理分析
6.1 木構架中的能量關係 126
6.1.1 地震過程中結構中的能量 126
6.1.2 擬靜力測試中木構架中的能量平衡方程 127
6.1.3 各能量計算方法 128
6.2 初次測試階段木構架中各能量分析 129
6.2.1 總輸入能量 129
6.2.2 滯回耗能 130
6.2.3 重力勢能 132
6.2.4 彈性應變能 134
6.3 重復加載對木構架中各能量的影響. 136
6.3.1 總輸入能量變化 136
6.3.2 滯回耗能變化 137
6.3.3 重力勢能變化 139
6.3.4 彈性應變能變化 141
6.4 抗震機理的適用性分析 143

7木構架抗震機理的數值模擬分析
7.1 縮尺木構架有限元模型 147
7.1.1 木構架建模 147
7.1.2 材料本構關係 148
7.1.3 接觸關係 150
7.2 數值模擬結果 151
7.2.1 變形特徵 151
7.2.2 滯回曲線 153
7.2.3 豎向位移 155
7.3 木構架中各能量對比分析 157
7.3.1 總輸入能量 157
7.3.2 滯回耗能 157
7.3.3 重力勢能 159
7.3.4 彈性應變能 160

附錄
附錄A 樟子松物理力學性質 163
附錄B 位移傳感器原理及製作 171

參考文獻