残损古建筑木结构抗震性态评估理论与方法研究

针对我国大量残损古建筑木结构的科学保护问题，采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，对残损古建筑木结构的抗震性态评估理论与方法进行研究：调查实测古建筑木结构残损现状，提出主要残损指标的量化方法和残损等级的划分标准，明确结构整体残损指标与局部残损指标的关系；通过低周反复加载试验研究不同残损程度梁柱木构架、铺作斗栱的抗震性能，建立残损梁柱木构架、铺作斗栱的恢复力模型以及残损连接节点单元、铺作斗栱滑移单元的本构模型；通过对残损古建筑木结构的有限元分析，建立梁柱木构架与铺作斗栱组合层的恢复力模型；基于修缮基准期并考虑已历经地震重现期影响确定古建筑评估用地震动参数，建立残损古建筑木结构地震反应简化分析方法，明确残损古建筑木结构的性能水平与性能指标，从而构建基于性能的抗震评估方法。本项目对评估现存古建筑木结构安全性、制定科学合理修缮加固方案、妥善保护与传承古建筑具有重要的科学意义和应用价值。

以我国具有代表意义、现存量较多的抬梁式古建筑木结构为主要研究对象，深入研究残损古建筑木结构的抗震性能及其抗震评估理论与方法，主要内容如下：.（1）分析了我国古建筑木结构保护的重要性和迫切性，总结了古建筑木结构抗震性能及抗震评估的研究现状，提出了需进一步深入研究的内容和思路。.（2）以应县木塔为研究对象，调查实测了应县木塔的残损现状，分析了应县木塔残损的主要原因。基于调研结果总结分析了古建筑木结构在材料、梁柱构件、连接节点、铺作斗栱、整体变形等方面的主要残损类型和残损分布规律。.（3）通过人工模拟的方法，对真菌腐朽和虫蛀两种常见的残损燕尾榫节点的抗震性能进行了试验研究，研究了残损节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线、耗能、变形能力。.（4）通过1个完好节点模型、3个人工模拟榫头真菌腐朽的残损节点模型和3个人工模拟榫头虫蛀的残损节点模型，对残损单向直榫节点的抗震性能进行了试验研究。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻深孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对单向直榫节点的破坏特征、弯矩—转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能性能等进行了研究。.（5）以独乐寺观音阁平座层叉柱造式斗栱为研究对象，参照宋《营造法式》三等材的营造方法，制作了4个叉柱造式斗栱节点，并采用人工模型方法，模拟构件表面腐朽、虫蛀及裂缝等三类残损斗栱节点，对残损叉柱造式斗栱节点的抗震性能及其退化规律进行了研究。.（6）基于燕尾榫节点受力机理的分析，对燕尾榫节点的抵抗弯矩进行了理论分析，推导了燕尾榫节点弯矩-转角理论计算公式，并与试验结果进行了对比分析，理论分析结果与试验结果吻合较好。.（7）分析了单向直榫、透榫、半透榫等三种直榫榫卯节点的工作机理，在此基础对三种直榫榫卯节点的弯矩-转角关系进行了理论分析，并与试验结果进行了验证。.（8）基于燕尾榫柱架和斗栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理，将燕尾榫柱架和斗栱铺作层作为两个耗能构件，计算其在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”和各工况地震作用下每一耗能构件所耗散的能力，由此建立古建筑木结构各构件及整体结构在不同工况地震作用下的地震破坏评估模型。.上述研究成果符合古建筑木结构保护的迫切需求，可为制定残损古建筑木结构的科学合理保护加固方案提供试验数据和理论依据。