古建筑木構(gòu)架抗側(cè)力機(jī)理及結(jié)構(gòu)分析方法研究

利用萬能木材實(shí)驗(yàn)機(jī)及相關(guān)設(shè)備，完成不同年代木建筑所用木材力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究，分析其與年代的相關(guān)關(guān)系，提出古舊木材力學(xué)性質(zhì)評(píng)價(jià)方法；通過靜、動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)，研究卯榫節(jié)點(diǎn)和斗拱在不同受載條件下的變形特征及應(yīng)力分布規(guī)律，分析接觸磨擦面?zhèn)髁εc耗能機(jī)理，同時(shí)實(shí)測(cè)斗拱模型滯回曲線，建立木結(jié)構(gòu)卯榫節(jié)點(diǎn)及斗拱計(jì)算模型；使用同步起振機(jī)實(shí)現(xiàn)周期性地面水平振動(dòng)加載，對(duì)選定的木結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行激振和脈動(dòng)測(cè)試，記錄不同層的位移和典型構(gòu)件變形，分析該結(jié)構(gòu)整體的動(dòng)力特性。利用上述材性試驗(yàn)結(jié)果及卯榫節(jié)點(diǎn)模型和斗拱模型建立所選定木結(jié)構(gòu)實(shí)體整體分析力學(xué)模型，完成數(shù)值分析，并與實(shí)體測(cè)試資料對(duì)比得到恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蛥?shù)，模擬該結(jié)構(gòu)在不同損傷下和不同載荷條件下的工作狀況。這些結(jié)果能覆蓋多數(shù)古建筑木結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)研究旨在給出古代木建筑結(jié)構(gòu)分析方法，為古建筑木結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)、維護(hù)與修繕提供可靠的依據(jù)，這無疑對(duì)提高古建筑壽命和發(fā)展文物保護(hù)技術(shù)有重要意義。 2100433B

古建筑木結(jié)構(gòu)由于年代久遠(yuǎn)，普遍存在材性劣變、結(jié)構(gòu)損傷、抗震性能大幅下降等問題。借助應(yīng)力波儀、針阻儀等現(xiàn)代設(shè)備對(duì)古建木構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)；人工模擬干濕交替變化、日光曝曬、菌蟲腐變等環(huán)境影響因子對(duì)木材的影響，研制了帶有不同類型、不同程度的損傷試件；對(duì)試件進(jìn)行材性、抗震性能試驗(yàn)與理論分析研究，取得了預(yù)期研究成果。 （1）分別對(duì)帶有不同孔洞、裂縫損傷的試件進(jìn)行微鉆試驗(yàn)，得到相應(yīng)損傷對(duì)應(yīng)的微鉆阻力圖譜，對(duì)杉木清材試件進(jìn)行試驗(yàn)，擬合出可用于檢測(cè)古建筑木材密度、彈性模量、強(qiáng)度與微鉆阻力的關(guān)系式。 （2）對(duì)損傷試件進(jìn)行材性試驗(yàn)，結(jié)合超微觀察、傅立葉紅外光譜分析、XRD衍射分析的試驗(yàn)結(jié)果，定義木材損傷度等級(jí)，分析不同類型、不同程度損傷對(duì)木材力學(xué)性能變化，建立了杉木材性退化本構(gòu)關(guān)系模型。 （3）對(duì)損傷古木節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靜載、低周往復(fù)加載試驗(yàn)，得到不同程度損傷木節(jié)點(diǎn)連接各部位的受力傳力特征、M-θ滯回曲線、節(jié)點(diǎn)工作機(jī)制與耗能機(jī)理，擬合出損傷對(duì)木節(jié)點(diǎn)剛度退化、節(jié)點(diǎn)耗能的影響。 （4）對(duì)損傷木梁、木柱進(jìn)行靜載、低周往復(fù)加載試驗(yàn)，得到不同損傷程度下木構(gòu)件的F-Δ滯回曲線、以及損傷木構(gòu)件的破壞形態(tài)。進(jìn)一步分析得到了木構(gòu)件的骨架曲線、剛度退化曲線、等效黏滯阻尼曲線，擬合出損傷木對(duì)構(gòu)件抗震性能的影響。 （5）對(duì)損傷木構(gòu)架進(jìn)行動(dòng)力特性、低周往復(fù)加載試驗(yàn)，得到如何利用脈動(dòng)法確定木構(gòu)架損傷位置的方法、F-Δ滯回曲線、以及損傷木構(gòu)架的結(jié)構(gòu)響應(yīng)、局部構(gòu)件破壞形態(tài)，進(jìn)一步分析了木構(gòu)架的骨架曲線、剛度退化曲線、等效黏滯阻尼曲線，擬合出損傷構(gòu)件對(duì)木構(gòu)架抗震性能的影響。 （6）結(jié)合典型古木構(gòu)建筑，對(duì)古木建筑抗震性能提升與修復(fù)保護(hù)方法進(jìn)行了拓展研究，對(duì)古木建筑的損傷節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的局部更新、加固修復(fù)、整體復(fù)位糾偏，及其對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，進(jìn)行了理論研究。 課題研究成果可為保護(hù)損傷古建木構(gòu)文化遺產(chǎn)、改善其抗震防災(zāi)性能，提供理論支撐。 2100433B