应县木塔结构问题研究现状综述

中国古建筑是华夏文明的重要组成部分,以其特有的历史、艺术和科学价值相继被列为文物保护单位,是我国乃至世界的宝贵文化遗产.应县木塔是中国现存最高最古的一座木构楼阁式塔,距今已有960多年的历史,无论是局部构件还是整体结构,都存在着不同程度的残损.本文从对应县木塔的勘察测绘、结构监测、试验与计算、整体结构受力性能、修缮加固...     

应县木塔结构问题研究现状综述#

中国古建筑是华夏文明的重要组成部分,以其特有的历史、艺术和科学价值相继被列为文物保护单位,是我国乃至世界的宝贵文化遗产。应县木塔是中国现存最高最古的一座木构楼阁式塔,距今已有 960多年的历史,无论是局部构件还是整体结构,都存在着不同程度的残损。本文从对应县木塔的勘察测绘、结构监测、试验与计算、整体结构受力性能、修缮加固等方面,总结了 80 多年来数十家单位与多位学者们的研究成果,以期为今后应县木塔及古建筑保护研究提供参考。。     

一种描述木材受压的非线性本构模型及试验验证

在一种用于纤维复合材料的简易本构模型的基础之上,通过考虑木材在纤维方向产生的塑性应变并假设木材是横观各向同性材料,提出了一种包含双参数的弹塑性本构模型。该本构模型采用一种二次多项式形式的屈服函数,假设材料的塑性应变从加载开始即逐渐产生,并定义了有效应力和有效塑性应变来反映材料所固有的非线性性质。为了确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型针对木材的适用性,进行了不同纤维角度红松材的静力受压试验。通过对比模型的预测结果与受压试验结果发现,该双参数本构模型能够较为准确地反映木材受压的非线性应力-应变关系,可以用来预测木材在斜纹理方向受压时的力学行为。     

残损明清古建筑木结构动力特性研究

古建筑木结构在历经几百年的服役后存在不同程度的残损,显著降低了结构的受力性能。为研究残损古建筑木结构的动力特性,选取北京故宫内具有明清古建筑特征的井亭木结构为研究对象。通过现场检测,确定结构的残损类型并分析残损原因,同时,采用环境激励法进行现场动力测试,获得结构的前3阶自振频率和振型。基于实测结果并考虑材料老化、立柱倾斜和柱脚糟朽等损伤因素,分别建立结构的完好和残损有限元模型,对其进行模态分析和地震响应计算。研究结果表明:由于重屋顶和关键节点的半刚性构造特征,木结构的自振频率相对较低;材料、构件和节点的残损降低结构刚度和自振频率;在地震动作用下,残损结构的柱脚水平反力小于完好模型,而其加速度和位移响应明显大于完好结构。     

基于分式析因设计的燕尾榫节点抗弯性能研究

为研究节点尺寸、木材材性和摩擦因数等因素对燕尾榫节点在单向荷载作用下抗弯性能的影响,采用分式析因设计方法,结合有限元模拟技术获得了32组不同工况下燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力样本值。基于统计分析给出了不同影响因素对燕尾榫节点抗弯性能影响显著性程度的量化指标,并分别建立了燕尾榫节点初始转动刚度和极限弯矩承载力关于显著性因素的回归模型,最后结合回归模型给出了可直接用于古建筑木结构整体结构计算的燕尾榫节点三参数幂函数模型。结果表明:不同评价指标下各因素显著性程度存在差异,但总体而言,榫高、榫长和摩擦因数这3个因素对燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力的影响最为显著;在一定范围内,基于回归模型获得的燕尾榫节点三参数幂函数模型具有一定的可靠性,可利用该公式直接计算获得燕尾榫节点的弯矩 转角曲线,且计算简单便于应用;所得结果可为现存古建筑木结构的燕尾榫节点抗弯性能分析提供参考依据。     

故宫同道堂木结构的残损分析及保护建议

古建木结构是华夏民族的宝贵财富,但历经数百年服役后存在不同类型和程度的残损现象,降低了结构的安全性能。选取北京故宫内的同道堂为研究对象,通过现场勘查和残损分析,获得结构柱框层、斗栱层和梁架层中典型的残损类型、特征、影响、数量和分布规律,并对其残损成因进行归纳,提出相应的保护建议。结果表明:结构的残损类型主要包括构件开裂、糟朽、缺失、歪闪、分离和榫卯节点拔榫等,其中,斗栱层残损状况最为复杂和严重;结构残损成因可归纳为材性退化和木材缺陷、生物侵蚀和自然环境变化、长期复杂的荷载效应以及不合理的修缮措施;建立结构健康监测系统、加强生物病害防治、推进木结构力学性能的基础研究等是古建筑保护和修缮的重要基础和手段。