古建筑木构架抗侧力机理及结构分析方法研究

利用万能木材实验机及相关设备，完成不同年代木建筑所用木材力学性能实验研究，分析其与年代的相关关系，提出古旧木材力学性质评价方法；通过静、动态加载试验，研究卯榫节点和斗拱在不同受载条件下的变形特征及应力分布规律，分析接触磨擦面传力与耗能机理，同时实测斗拱模型滞回曲线，建立木结构卯榫节点及斗拱计算模型；使用同步起振机实现周期性地面水平振动加载，对选定的木结构实体进行激振和脉动测试，记录不同层的位移和典型构件变形，分析该结构整体的动力特性。利用上述材性试验结果及卯榫节点模型和斗拱模型建立所选定木结构实体整体分析力学模型，完成数值分析，并与实体测试资料对比得到恰当的模型参数，模拟该结构在不同损伤下和不同载荷条件下的工作状况。这些结果能覆盖多数古建筑木结构。本项研究旨在给出古代木建筑结构分析方法，为古建筑木结构可靠性评价、维护与修缮提供可靠的依据，这无疑对提高古建筑寿命和发展文物保护技术有重要意义。 2100433B

古建筑木结构由于年代久远，普遍存在材性劣变、结构损伤、抗震性能大幅下降等问题。借助应力波仪、针阻仪等现代设备对古建木构损伤进行检测；人工模拟干湿交替变化、日光曝晒、菌虫腐变等环境影响因子对木材的影响，研制了带有不同类型、不同程度的损伤试件；对试件进行材性、抗震性能试验与理论分析研究，取得了预期研究成果。 （1）分别对带有不同孔洞、裂缝损伤的试件进行微钻试验，得到相应损伤对应的微钻阻力图谱，对杉木清材试件进行试验，拟合出可用于检测古建筑木材密度、弹性模量、强度与微钻阻力的关系式。 （2）对损伤试件进行材性试验，结合超微观察、傅立叶红外光谱分析、XRD衍射分析的试验结果，定义木材损伤度等级，分析不同类型、不同程度损伤对木材力学性能变化，建立了杉木材性退化本构关系模型。 （3）对损伤古木节点进行静载、低周往复加载试验，得到不同程度损伤木节点连接各部位的受力传力特征、M-θ滞回曲线、节点工作机制与耗能机理，拟合出损伤对木节点刚度退化、节点耗能的影响。 （4）对损伤木梁、木柱进行静载、低周往复加载试验，得到不同损伤程度下木构件的F-Δ滞回曲线、以及损伤木构件的破坏形态。进一步分析得到了木构件的骨架曲线、刚度退化曲线、等效黏滞阻尼曲线，拟合出损伤木对构件抗震性能的影响。 （5）对损伤木构架进行动力特性、低周往复加载试验，得到如何利用脉动法确定木构架损伤位置的方法、F-Δ滞回曲线、以及损伤木构架的结构响应、局部构件破坏形态，进一步分析了木构架的骨架曲线、刚度退化曲线、等效黏滞阻尼曲线，拟合出损伤构件对木构架抗震性能的影响。 （6）结合典型古木构建筑，对古木建筑抗震性能提升与修复保护方法进行了拓展研究，对古木建筑的损伤节点、构件、结构的局部更新、加固修复、整体复位纠偏，及其对结构抗震性能的影响，进行了理论研究。 课题研究成果可为保护损伤古建木构文化遗产、改善其抗震防灾性能，提供理论支撑。 2100433B