交通激励下古建筑木结构的安全评价指标及应用研究

Aimed at the questions found in the process of formulation and application in Technical Specifications for Protection of Historic Buildings against man-made Vibration (GB/T50452-2008), safety evaluation index and its application of ancient timber structure under the traffic excitation will be researched. This project mainly uses the online monitor, the random vibration theoretical analysis and the value simulation method. Inquire into the sensitivities of the beam and the column for different ancient timber structure under different direction vibration caused by traffic excitation, analysis co-relational dependence between vertical vibration velocity and the horizontal vibration velocity, determine vertical vibration allowable velocity of the structure, appraisal the influence of vertical vibration on ancient timber structure; discover the location of maximum dynamic strain of different types of structure members, determine the control monitoring points of the horizontal velocity and its distribution characteristics; Revealed the probability density distribution of measured peak particle vibration velocity(PPV), arrive at a certain confidence level of statistical characteristics of value, to determine control monitoring point value method of velocity response; According to the place of the larger dynamic strain and its impact on the structure of the entire security, structural elements of importance for ranking, and taking into account the different weak position reliability 95% size of dynamic strain, elastic wave velocities of the identifying ancient timber frame. For revision of the national standard, perfect and provides the reference for the planning of traffic lines.

针对古建筑防工业振动技术规范（GB/T50452-2008）在制定和应用过程中发现的问题，就交通激励下古建筑木结构的安全评价指标及其应用开展研究。本项目主要采用现场监测、随机振动理论分析及数值模拟的方法，探究交通激励下不同类型古建筑木结构的梁、柱等构件在不同方向振动作用下的敏感度，分析竖向振动速度和水平振动速度的相关关系，确定结构竖向振动速度的容许值，评价竖向振动对古建筑木结构的影响；找出不同结构类型构件的最大动应变所在位置，确定水平速度的控制监测点的位置及其分布特征；揭示实测振动速度峰峰值的概率密度分布规律，得到具有一定置信度的统计特征值，确定控制监测点速度响应的取值方法；根据构件较大动应变所在的位置及其对整个结构安全的影响程度，将结构构件按重要性进行等级划分，并考虑不同薄弱部位置信度为95%动应变的大小，确定古建筑木结构的弹性波速。为国家规范的修订、完善及交通线路的规划设计提供依据。

针对古建筑防工业振动技术规范（GB/T50452-2008）在制定和应用过程中发现的问题，就交通激励下古建筑木结构的安全评价指标及其应用开展研究。本项目主要采用现场监测、随机振动理论分析及数值模拟的方法，构建了反映古建筑木结构的动力分析模型，采用聊城市区代表性的中通客车LCK6105HGC四分之一模型，运用Matlab软件得到不同车速下的荷载时程曲线和频谱曲线，建立了光岳楼木结构-高台基-环形地基的三维有限元模型，将模拟的地面车辆荷载施加到建立的有限元模型上，对聊城光岳楼木结构进行了振动响应分析，依据实测及模拟的结果，对聊城光岳楼木结构的现状进行了安全评估；以聊城光岳楼木结构为对象，采用最小势能原理推导出木结构振动控制点速度的转换关系，解决了古建筑防工业振动技术规范中规定对古木结构进行评价的指标是顶层柱顶容许振动速度控制，而在实际测试过程中不易现场测试获得的困难的问题；依据交通激励随机振动的特点，提出了现场控制监测点速度响应的位置信度为95%取值方法；确定了古建筑木结构弹性波速的取值方法，使其更能反映交通激励及古建筑木结构本身的特点；提出了交通激励下古建筑木结构简化计算模型，得到了楼板竖向振动速度和水平振动的相关关系；提出了相应的隔振、减振措施，设计了一种新型的减振方案―“振源传导桩”系统；针对地面交通振源特点，提出了设置环形隔振沟作为减振措施，探讨了隔振沟位置、深度、宽度及填充材料对减振效果的影响；根据本项目的测试结果，向光岳楼管理处提如限制光岳楼环道的车流量的速度的建议，并得到光岳楼管理处及聊城古城保护与改造指挥部的采纳，有效地控制了交通车辆对光岳楼的不利影响，项目研究成果将为国家规范的修订、完善及古建筑木结构的保护提供依据。以本项目为依托，发表学术论文23篇，其中北大核心期刊10篇，被EI检索8篇；独立及协助培养博士研究生、硕士研究生9人，培养骨干技术人员2人。