作者：张毅
沧源县翁丁佤族民居古村落作为云南省保存最为完整、目前仍在使用的干栏式建筑古村落（图1），具有较高的历史人文价值，2006年云南省政府将该古村落定为传统文化保护区。
如何提升、保护该古村落的使用性能和完好性已经成为国家科技支撑计划课题“临沧城乡生态建设与民族文化科技产业发展研究与示范”中的重要组成部分。此类建筑呈现出选材及材料尺寸较离散、施工水平极低、缺乏统一的建造标准、构件之间的连接措施较差、梁与柱的连接方式极为随意、连接强度较低等诸多特点。而该古村落所在位置抗震设防烈度为8度(0.3g)，属高烈度地区，也是地震频发的地区。因此，干栏式木结构抗震性能对其使用安全性就有至关重要的影响，目前国内外对此尚无针对性研究成果。
本文以翁丁古村落中某一较具代表性的干栏式木结构为原型对象，如图2所示，采用相同材料、相同工艺，并聘请当地翁丁佤族工匠制作了三种不同类型梁柱十字节点试件。通过低周反复加载试验，分析其承载力、侧移刚度、阻尼比等参数，探究节点在不同加载等级下的损伤及阻尼变化规律，进而评估三种节点在地震作用下的力学性能，为下一步对该古村落民居进行性能提升、保护提供重要的参考和依据。
由于该古村落绝大多数房屋建造年代久远，木材普遍出现虫蛀、枯朽、开裂等不良病害。为便于后续有限元分析模型的建立，对结构构件进行实地取样，并对其材料力学性能进行测试，结果列于表1。
1 试件制作
根据实际结构建造工艺，试验所用梁柱节点试件一共有三种形式（图3）：
(1)通榫节点：整根梁穿过柱上的开孔，形成十字节点，梁伸出孔一侧用垂直梁轴线且贯穿梁的木销进行锁固，孔隙用木楔子进行填塞、固定。
(2)半榫+蚂蟥钉节点：柱两侧的两根梁的一端同时插入柱开孔，然后用蚂蟥钉斜抓固定（柱上开孔尺寸过大时，在加抓钉前向孔内加塞木块以防止梁掉落）。
(3)十字卡腰榫+蚂蟥钉节点：梁、柱同时开槽，卡腰相扣，同时用蚂蟥钉斜抓固定。
上述三种试件各制作三个，但其中一个半榫+蚂蟥钉节点由于木材严重枯朽，试验前意外断裂破坏，最终对共计8个试件进行试验。梁、柱截面尺寸与实际结构相同（试件从梁柱反弯点处截取），梁截面为150mm×lOOmm，柱截面为200mm×200mm，柱子高度、梁总长度均为2m，详图如图4~6所示，图5中半榫+蚂蟥钉节点的梁、柱构件截面与通榫节点的相同，图6中十字卡腰榫+蚂蟥钉节点的梁、柱构件截面与通榫节点的相同。
2 试验加载
试验采用位移控制模式进行三角波低周反复加载，加载频率为0. 1Hz，位移幅值从小到大逐级递增，每级幅值循环3周，详见表2。
试件梁、柱各端头铰接于辅助加载框架机构内，作动器驱动框架上横梁进行水平向低周反复加载，试验照片见图7，加载系统示意图如图8所示。
根据课题组对翁丁古村落房屋实际荷载调查结果，所研究节点上部柱子在结构中主要承受屋面荷载（主要为自重）（图2），约为lkN，根据以往研究经验，该轴向压力较小，对节点性能影响不大。同时考虑试验的便利性，本试验中未对柱子施加竖向轴压力。
3 试验结果分析
3.1滞回曲线及骨架曲线
各节点弯矩一转角滞回曲线所包围面积代表加载过程中试件累积的塑性变形能，由该面积的大小，即滞回环的饱满程度，可初步判断试件的能量耗散能力。限于篇幅要求，本文对每种类型节点仅给出一个试件曲线，实测滞回曲线如图9~ 11所示。
由各曲线图可见，带有蚂蝗抓钉的半榫、十字卡腰榫节点由于节点的往复作用，两侧的抓钉是分别承受非均匀的拉、压力，造成滞回曲线不对称。此外，半榫、十字卡腰榫节点滞回环饱满度较通榫节点高，这是因为在加载过程中，该两种节点上的蚂蟥钉会发生塑性变形，耗能能力较大。
通过分别连接各加载等级首次循环的峰值点、谷值点，可得滞回曲线的包络线，即弯矩一转角骨架曲线，由骨架曲线可判别试件的刚度、极限承载力等．实测骨架曲线如图12~14所示。
荷载较小时，试件处于弹性状态，随着位移角的不断增大，通榫节点木楔被反复挤压，半榫、十字卡腰榫节点蚂蟥钉弯角逐渐被拉大，抓钉嵌入部位木材挤压变形显著。位移角增大到某个值时，半榫、十字卡腰榫节点蚂蟥钉突然从木材内被少量拔出，通榫节点木楔被压坏挤出（图15），此时骨架曲线在弹性段后出现拐点，三种节点刚度均明显降低。
在作动器满行程即节点位移角已达1/16的情况下，由于三种节点刚度均较小，所承担的弯矩均较低，如表3所示，最大值为通榫节点5.1kN．m，同时通榫节点平均弯矩值亦为三者中最大，为4.1kN-m。通榫节点初始刚度值也大于其余两种节点。除前述各种局部变形、局部压溃破损外，各试件均未出现梁、柱断裂等整体破坏现象。
由于木材的枯朽，强度较低，容易在蚂蟥抓钉嵌入处形成显著的局部变形甚至损坏，同时蚂蟥抓钉弯角处容易产生“拉直”变形，因此半榫、十字卡腰榫两种试件在整个加载过程中受到的弯矩值均较通榫节点小。
3.2等效阻尼分析
根据《建筑抗震试验方法规程》( JGJ 101-96)，对特定分析滞回环，等效阻尼比计算简图如图16所示，能量耗散系数E按式(1)进行计算：
为进行对比分析，本文给出各试件弹性阶段第一级加载以及“屈服”（骨架曲线出现拐点即塑性变形阶段）后最后一级（第12级）加载下的等效阻尼比，如表4所示。各个节点在弹性阶段阻尼比较小，三种节点阻尼比均值均接近0. 06，本课题组所进行的1：1模型结构地脉动法测试结果(6. 2%)较为接近。随着结构进入塑性变形状态，节点耗能能力大大提高，阻尼比发生较大变化。同时还可看出：带有蚂蝗抓钉的十字卡腰榫及半榫节点较无蚂蟥抓钉的通榫节点具有更大阻尼比，究其原因，除木材之间的摩擦耗能外，蚂蝗抓钉本身及抓钉所嵌入部位的木材在加载过程中会产生较大的塑性变形，耗散部分能量，因此整体阻尼比较大，这与振动台试验研究结论一致。
4 结论与建议
通过上述试验研究结果可知，针对翁丁佤族民居干栏式木结构目前仍在使用的三种梁柱节点，可得出以下结论：
(1)通榫节点抗侧刚度较半榫+蚂蟥钉节点及十字卡腰榫+蚂蟥钉节点稍高。
(2)蚂蝗抓钉本身及抓钉所嵌入部位的木材发生塑性变形后，能显著增加节点耗能能力，大幅提高节点等效阻尼比。
(3)梁柱节点缝隙内填塞木楔后，能有效提高节点初始刚度，且大位移情况下，由于木楔与梁、柱之间摩擦增大，同时木楔发生塑性变形，能明显增加节点耗能能力。
(4)三种节点整体刚度均较低，不利于抵抗因地震作用而产生的侧向变形。
针对上述存在的缺陷，建议在后续对该古村落建筑进行提升、保护时，采取如下措施进行节点处理：
(1)对通榫节点增设蚂蝗抓钉以进一步提升其耗能能力。
(2)对半榫+蚂蟥钉节点及十字卡腰榫+蚂蟥钉节点，采用木楔对节点域缝隙进行密实填塞以增加其初始刚度，同时也有利于蚂蟥抓钉作用的发挥，进而有效减小地震位移反应，在增加居住舒适性的同时减少屋内家具等物品因房屋大位移剧烈晃动而倾倒损坏。
5[摘要] 以翁丁古村落干栏式建筑木结构为对象，采用相同材料、相同工艺，制作了三种不同类型1:1梁柱十字节点试件，通过低周反复加载试验获取荷载一位移滞回曲线、骨架曲线，分析其承载力、转动刚度、阻尼比等参数，探究节点在不同加载等级下的损伤及阻尼耗能变化规律，进而评估三种节点在地震作用下的力学性能，为下一步对该古村落民居进行性能提升、保护提供重要的参考和依据。
