Digital modelling and the mechanical analysis of timber structures focus on ancient chinese bracket structure - Dou Gong

This paper further explores the wooden mortise and tenon structure in ancient Chinese architecture, with the mechanical properties of the representative structure - Dou Gong (枓栱) under horizontal load as the main research target. Dou Gong is a traditional wooden building in China and even in East Asian countries, especially in large public buildings. It serves as a buffer system between the roof and the columns, and plays a role in dispersing the stress at the joint between beams and columns. This paper uses the BIM modeling software Revit to first perform 1:1 timber frame modeling, and then loads the finite element analysis software Abaqus for digital simulation. The Shanhua Temple Mahavira Hall built in the Liao Dynasty (Datong, Shanxi Province) and the “Yingzao Fashi”- construction method compiled in the Song Dynasty are used as the prototypes of the constitutive model, with the former serving as a reference for the overall combination mode and the latter as a source of detailed dimensions to replace field surveying. After conducting a low-cycle reciprocating load test simulation, the strain change characteristics, hysteresis characteristics, stiffness degradation and energy dissipation capacity of the wood structure frame can be obtained. After comparing with the frame without braces, it can be seen that the braces have good stress dispersion and consumption performance. At the same time, the stress distribution results in the 3D model can be used to understand the weak parts in the brace system to facilitate the strengthening and repair of the physical building.

Questo documento esplora ulteriormente la struttura in legno a tenone e mortasa nell'antica architettura cinese, con le proprietà meccaniche della struttura rappresentativa - Dou Gong (枓栱) sotto carico orizzontale come principale obiettivo di ricerca. Dou Gong è un edificio tradizionale in legno in Cina e persino nei paesi dell'Asia orientale, specialmente nei grandi edifici pubblici. Funge da sistema cuscinetto tra il tetto e le colonne e svolge un ruolo nella dispersione dello stress nel giunto tra travi e colonne. Questo documento utilizza il software di modellazione BIM Revit per eseguire prima la modellazione 1:1 del telaio in legno, quindi carica il software di analisi degli elementi finiti Abaqus per la simulazione digitale. La sala Mahavira del tempio Shanhua costruita nella dinastia Liao (Datong, provincia dello Shanxi) e il metodo di costruzione "Yingzao Fashi" compilato nella dinastia Song sono utilizzati come prototipi del modello costitutivo, con il primo che funge da riferimento per la modalità di combinazione complessiva e il secondo come fonte di dimensioni dettagliate per sostituire il rilevamento sul campo. Dopo aver condotto una simulazione di prova di carico alternativo a basso ciclo, è possibile ottenere le caratteristiche di variazione della deformazione, le caratteristiche di isteresi, il degrado della rigidità e la capacità di dissipazione dell'energia del telaio della struttura in legno. Dopo il confronto con il telaio senza controventi, si può vedere che i controventi hanno buone prestazioni di dispersione dello stress e consumo. Allo stesso tempo, i risultati della distribuzione dello stress nel modello 3D possono essere utilizzati per comprendere le parti deboli nel sistema di controventi per facilitare il rafforzamento e la riparazione dell'edificio fisico.