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文檔簡介
1、古建筑木結構由于其獨特的結構特性而具有優(yōu)良的力學性能,使得像山西佛光寺大殿以及五臺山南禪寺大殿這些經(jīng)歷千年風吹雨打和多次地震的典型古建筑物依然屹立于中華大地。然而,在漫長的歷史歲月中,由于材料的老化、腐朽、蟲蛀以及強震、戰(zhàn)火、風雨侵蝕等自然力以及人為的破壞,再加上多年來對其保護不夠重視、年久失修,使得這些現(xiàn)存古建筑木結構處于結構體系破壞、多種病害纏身、險情不斷發(fā)展甚至潛伏坍塌的危險狀態(tài)。因此,作為國家重點文化保護遺產的現(xiàn)存古建筑木結構建
2、筑物,其修繕加固工作變得尤為重要。
本文結合汶川地震后對現(xiàn)存古建筑木結構的震害調查,通過系統(tǒng)歸納和分類統(tǒng)計,對古建筑木結構的地基基礎、梁柱和枓栱等構件、榫卯節(jié)點、整體穩(wěn)定性以及圍護結構在地震作用下的破壞情況及破壞原因、木材性能退化等進行了詳細的分析和探討;并針對結構不同的破壞情況,提出了相應的抗震加固方法。
為了掌握古建筑木結構地震作用下的破壞過程及對應的破壞狀態(tài),對震后古建筑木結構的破壞程度做出合理的評估,基于燕尾
3、榫柱架和枓栱鋪作層低周反復荷載作用下的滯回特性和能量耗散原理,將燕尾榫柱架和枓栱鋪作層看做兩耗能構件,計算出其在低周反復荷載作用下的“抵抗破壞潛能”;根據(jù)古建筑木結構振動臺試驗,計算出各工況地震作用下每一耗能構件所耗散的能量;基于構件的“抵抗破壞潛能”和各工況下的地震耗能情況建立耗能構件在不同地震作用下的地震破壞評估模型,并借助于能量分配系數(shù)找出了各耗能構件破壞狀態(tài)與整體結構破壞狀態(tài)之間的關系,從而建立整體結構在不同地震作用下的破壞評估
4、模型。應用該地震破壞評估模型,分別對燕尾榫柱架和枓栱鋪作層以及整體結構進行構件地震破壞評估和整體結構地震破壞評估,所得到的破壞系數(shù)能較好地反映各構件以及整體結構在不同地震作用下的破壞狀態(tài)。
對按照宋代《營造法式》構造要求制作的古建筑木結構實體加固模型進行模擬振動臺試驗。選用三條地震波分別對結構模型的柱根、柱頭、鋪作、乳栿的位移、加速度響應、地震剪力以及榫卯節(jié)點的內力進行定量研究,并對結構的破壞形態(tài)、動力特性、扭轉效應進行定性分
5、析。研究結果表明:柱礎的摩擦滑移、半剛性榫卯節(jié)點的轉動以及枓栱鋪作層的滑移使得結構模型地震響應大幅度減小,滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設計要求;結構模型最大剪力沿高度的分布出現(xiàn)在柱架層或柱礎層,并非一定出現(xiàn)在結構的柱礎最低層;得出榫卯節(jié)點不同工況下的轉動彎矩最大值;由于高振型的參與以及質量和剛度不均勻分布,結構模型在400Gal后出現(xiàn)明顯的扭轉。
根據(jù)碳纖維布加固古建筑木結構力學性能,基于試驗和理論分析,分別得出了能
6、夠體現(xiàn)碳纖維布加固古建筑木結構獨特受力性能的各關鍵部位或構件的恢復力特性曲線;用Combine40彈簧單元、Combine39彈簧單元+Combine14彈簧單元以及Combine39彈簧單元簡化模擬柱腳與礎石間的摩擦滑移特性、半剛性榫卯及枓栱連接,建立整體結構的有限元計算模型。模態(tài)分析得出了結構模型的前十階振型及自振頻率。地震響應分析顯示,隨著地震動強度的增大,結構各層的最大位移值和加速度值逐漸增大,同時各層的動力放大系數(shù)越來越小,說
7、明大震時半剛性榫卯連接的減震效果比中震和小震時的減震效果要好。
殿堂式古建筑木結構由于其獨特的構造特點而具有與現(xiàn)代建筑結構不同的抗震性能,現(xiàn)有的結構動力分析模型對于古建筑木結構不再適用?;谄渌降卣鹱饔孟碌氖芰π阅芗皠恿ζ茐男螒B(tài),給出了關鍵構件的簡化分析模型,將柱架簡化為“搖擺柱”,將枓栱鋪作層簡化為“剪彎桿”;根據(jù)簡化分析模型及整體結構質量分布情況,提出了單層殿堂式古建筑木結構的兩質點“搖擺-剪彎”動力分析模型;結合構件試
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