基于现代桥梁工程理论的中国木拱桥受力机理研究

China timber arch bridge as an unique woven timber arch structure, survived and developed from ancient timber arch bridges, is an very important culture heritage in the world. However, it is lack of a symetric scientific research on the woven timber structure, which is the key value of this structure. Based on the modern bridge engineering science, this project will analyze the investigation results of the extant China timber arch bridges, design and make typical indoor structure models; through model experiments to discover the mechanical behavior of China timber arch bridge, put forward the theoratical ananlysis and finite element methods;then, conduct field static and dynamic tests and calculations of the real bridges, verifying and updating the theoratical analysis and finite element method; after that, carry out the structural parametric analyses and present pratical calculation method for China timber arch bridge. The research results will explain the mechanical behavior and superiority in structure of the China timber arch bridge, provide scientific evidence for China timber arch bridge applying as the world cultural heritage, give theory support for the inheritance of the "traditional construction technology of the China timber arch bridge"; the research results will supply scientific approaches for maintenance and construction of the China timber arch bridges, and will influence the modern bridge structural analysis thory, offer references for the innovation of the modern bridge structures and the drafting of timber bridge structure standard.

中国木拱桥独特的编木拱结构，从古代留存、发展至今，是极其重要的世界级的文化遗产。然而，目前在其编木拱结构这一核心价值方面，缺乏科学系统的研究。本项目基于现代桥梁工程学，将分析现存中国木拱桥技术调查结果，设计制作典型结构的室内模型，通过试验研究，揭示中国木拱桥的受力机理，提出理论分析与有限元计算方法；在此基础上，开展实桥的静动载试验与计算分析，验证和修正理论分析与有限元计算方法；开展结构参数分析，提出中国木拱桥实用计算方法。项目的研究将揭示中国木拱桥受力机理和结构优越性，为中国木拱桥申报世界文化遗产提供科学论据，为“中国木拱桥传统营造技艺”传承提供理论支撑；项目的研究，将为中国木拱桥维修和建设提供科学方法，并丰富现代桥梁结构分析理论，为现代桥梁结构的创新和木桥结构标准的制订提供参考。

中国木拱桥独特的编木拱结构，从古代留存、发展至今，是极其重要的世界级的文化遗产。就编木拱结构这一核心价值方面，一直缺乏科学系统的研究。本项目基于现代桥梁工程学，通过室内缩尺试验研究和有限元分析；室内节点试验和有限元分析；实桥静动载试验和有限元分析等几个方面的研究，揭示了中国木拱桥受力机理和结构优越性。研究表明：编织拱在竖向荷载作用下不仅会产生竖向位移，还会产生较大的纵向位移，闽浙木拱桥编木拱结构设计时应以主拱结构的竖向变形作为设计控制依据，同时需要进行纵向变形和特征截面应力的验算；在编织拱设计计算时将榫卯节点简化成铰接，其计算结果偏安全；编织拱结构以第一系统受力为主，第二系统依附于第一系统，限制第一系统的变形，同时分担部分的内力；就编织拱两个系统协同受力来说，第二系统下横梁与第一系统斜肋联合受力性能最差；在实际设计计算中，必须考虑两个系统脱开的影响；闽浙木拱桥卯榫节点试验和有限元分析表明，直榫框架得到的弯矩-转角曲线较燕尾榫框架饱满，抗震性能更好；就中国木拱桥两个分支简化计算研究表明：采用原有的汴水虹桥简化计算对闽浙木拱桥进行简化计算，其简化计算结果与实际有较大差异，采用第一系统横梁与第二系统拱肋能联合受力，第二系统横梁与第一系统拱肋（除第二系统底横梁外）均处于“脱开”状态的平面简化计算模型用于进行闽浙木拱桥简化计算较为合理。.本研究已发表论文7篇，另形成2篇论文已投稿SCI刊源，还有2篇尚未完成投稿，培养硕士研究生2名，博士生1名，参加国际国内学术会议3次。以上研究，将为中国木拱桥申报世界文化遗产提供科学论据，为“中国木拱桥传统营造技艺”传承提供理论支撑；将为中国木拱桥维修和建设提供科学方法，并丰富现代桥梁结构分析理论，将为现代桥梁结构的创新和木桥结构标准的制订提供参考，对促进中国木拱的应用具有积极的意义。