内嵌骨架外包纤维布复合加固古建木柱的协同工作机理及组合设计理论

基本信息
批准号:51678039
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:周长东
学科分类:
依托单位:北京交通大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:卢啸,韩松,王娟,白晓彬,王京京,孟令凯,张许,田苗旺,王朋国
关键词:
内嵌骨架纤维布协同工作木柱古建加固
结项摘要

Timber structure is the most important structure type of Chinese ancient architectures, and timber columns are the main support members of it. The performance of the ancient timber columns gradually deteriorated for wood inner defects, shrinkage, moisture, insects, sustained loads and other factors. These aging and fault timber columns should be immediately strengthened. Traditional strengthening methods, such as inlaying, local replacement, pier access, adding iron hoops, only temporarily solve the problem of insufficient bearing capacity of timber columns. So the timber columns have to be frequently maintained, repaired, and strengthened. The appearance and shape of ancient timber columns strengthened with combination of near surface mounted skeleton and lateral fiber reinforced polymer jackets almost unchanged, which is consistent with the principles of repairing old heritage building as the old one. Moreover, the bearing capacity and durability of ancient timber columns can be significantly improved. Based on the bond test, compressive test, hysteresis test, numerical simulation and theoretical analysis, this project aims at establishing the bond-slip constitutive model between skeleton and timber column, compressive stress-strain relationship model and restoring force model of ancient timber columns strengthened with combination of near surface mounted skeleton and lateral fiber reinforced polymer jackets; revealing the cooperative work mechanism and damage evolution law, determining the damage failure criteria of the ancient timber columns strengthened with combination of near surface mounted skeleton and lateral fiber reinforced polymer jackets. Then the combinatorial strengthening design theory of ancient timber columns strengthened with combination of near surface mounted skeleton and lateral fiber reinforced polymer jackets will be proposed which can provide the theoretical basis for existing condition assessment and strengthening design of ancient timber columns.

木结构是我国古建筑中最重要的结构形式,木柱是木结构古建筑的主要支承构件。由于木材的自身缺陷、干缩、潮湿、虫蛀和长期承载等因素,造成古建木柱的性能劣化,亟需进行维修加固。嵌补、剔补、墩接、增设铁箍等传统加固方法,只是暂时解决了木柱承载力不足的问题,需要频繁地对木柱进行修护加固。内嵌骨架外包纤维布复合加固古建木柱,几乎不改变其外观和形状,符合文物建筑修旧如旧的原则,并且能够显著提高古建木柱的承载能力和耐久性能。本项目拟通过粘结试验、受压试验和滞回试验,以及数值模拟和理论分析,提出内嵌骨架与木柱的粘结滑移本构关系模型、内嵌骨架外包纤维布复合加固木柱的受压应力应变关系模型和地震恢复力模型,揭示内嵌骨架外包纤维布复合加固木柱的协同工作机理和损伤演化规律,确定内嵌骨架外包纤维布复合加固木柱的损伤破坏准则,建立内嵌骨架外包纤维布复合加固木柱的组合设计理论,为古建木柱的既有状态评估和加固设计提供理论依据。

项目摘要

由于木材自身缺陷、干缩、潮湿、虫蛀和长期承载等因素,造成古建木柱性能劣化,亟需进行维修加固。基于本项目研究,在以下几方面取得了一定成果:. (1)确定了内嵌钢筋与木柱的粘结性能试验方法,进行了木材表面嵌筋试件的中心拔出试验,研究了锚固长度和钢筋直径对极限荷载和平均黏结强度的影响规律,建立了考虑位置函数的木材表面嵌筋粘结滑移本构关系模型。.(2)进行了内嵌钢筋外包CFRP布复合加固木柱的受压性能试验,研究了不同加固方法、钢筋加固量、CFRP布包裹方式、截面形状、偏心距等因素对加固效果的影响,给出了复合加固木柱轴心受压峰值应力和峰值应变的计算公式,提出了复合加固木柱的应力应变关系本构模型。.(3)进行了内嵌钢筋外包CFRP布复合加固木柱抗震性能试验,明确了地震作用下复合加固木柱的损伤破坏准则,给出了复合加固木柱的抗侧力计算公式,提出了考虑轴压比、内嵌钢筋数量、外包CFRP布形式的复合加固木柱三折线地震恢复力模型。.(4)进行了拉压区复合加固木梁抗弯性能试验,研究了不同加固方法、受拉区名义配筋率、木材种类和初始缺陷等因素对加固效果的影响,建立了复合加固木梁在不同破坏模式下的抗弯承载力计算模型。.(5)分析了故宫城墙结构的破坏机理和降雨入渗作用下的稳定性,提出了对穿锚杆加固方法,对比了不同加固方案对城墙式砌体结构稳定性的提升效果。.(6)给出了地震作用下钢筋混凝土筒仓仓壁受到的贮料侧压力的拟合公式,分析了筒仓结构在不同地震波入射角度和考虑土-筒仓-贮料相互作用下筒仓结构的抗震性能。.(7)对不同边界条件屋盖结构模型的大型摄影棚结构进行了静动力分析,比选了摄影棚混合结构的计算模型,采用粘滞阻尼器对整体结构进行了减震控制。.(8)分析了某钢筋混凝土电视塔结构在多维地震作用下的易损性,研究了考虑土-结构相互作用以及隧道开挖时不同因素对结构抗震性能的影响。.(9)结合高耸混凝土结构的震害特点,以地震动强度指标为主线,研究了高耸混凝土结构地震动指标的选择方法以及整体损伤规律。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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