不同方法加固古建筑榫卯构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了不同方法加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间梁柱节点的具体尺寸,制作了1:8比例的4梁4柱木结构空间框架模型,其中梁和柱考虑为燕尾榫形式连接。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,研究了马口铁、CFRP布和钢构件加固榫卯节点后对木构架抗震性能的影响。基于试验结果,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力,对不同方法加固木构架的抗震效果进行了对比,对其工程应用提出了建议。     

明清古建筑木结构典型抗震构造问题研究

为保护古建筑,采用分类统计方法,研究了我国明清古建筑木结构的典型抗震构造问题。基于大量工程现场勘查结果,对古建筑木结构的典型抗震构造问题进行了归纳汇总,分析了原因,提出了加固建议;基于典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:我国古建筑木结构的柱子、斗棋、榫卯节点、梁架、屋顶等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等抗震构造问题并影响结构的抗震性能,而这些问题的产生原因主要与木结构的构造特征、木材材料性质及施工保养等因素有关;对这些抗震构造问题及时采取合理有效的加固措施,可减轻或避免结构产生的震害。     

马口铁加固古建筑榫卯节点抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后对节点抗震性能的影响.基于故宫太和殿三次间结构原型,制作了1:8缩尺比例的木结构空间框架模型,并考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架和马口铁加固构架试验各做了3组.基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标.结果表明:马口铁加固榫卯节点后,虽然节点耗能能力略有下降,但节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,且节点仍具有较好的变形能力.因此,马口铁具有较好的加固效果.     

故宫太和殿结构现状数值模拟研究

为保护故宫太和殿,采用数值模拟方法,研究了太和殿的结构现状特征。采用ANSYS有限元程序,考虑榫卯节点、斗拱连接等构造,建立了太和殿有限元模型。分别对模型进行自重作用、风荷载作用下的静力分析及8度常遇地震作用下的时程响应分析,获得了太和殿在不同荷载作用下的内力及变形分布特征,评价了太和殿的结构安全现状。结果表明:重力及风荷载作用下,太和殿结构的内力、变形均在容许范围内;地震作用下,结构保持稳定状态,且榫卯节点及斗拱构造有利于减震。因此,太和殿结构现状是安全的。     

传统铁箍墩接法加固底部糟朽木柱轴压试验

铁箍墩接是古建木柱柱根糟朽的一种传统加固方法。为探讨该方法的有效性,以故宫内某古建木柱为例,进行了试验研究。制作了1根完好木柱、3根铁箍墩接法加固木柱,开展了轴压试验,获得了木柱加固前后的承载力-变形曲线,以及延性、应变、刚度等参数,讨论了铁箍墩接法的加固机理。结果表明:传统铁箍法加固底部糟朽木柱后,由于铁箍对木柱的侧向约束作用,木柱的极限承载力可恢复约91.8%,延性性能可恢复约95.2%,水平极限应变恢复率约97.2%,竖向极限应变恢复率约84.1%,且加固木柱的刚度要大于完好木柱。由于铁箍材料与木材强度差别较大,使得加固后木柱的整体性能要低于完好木柱,因而加固效果有限。结果可为古建筑木结构的保护与维修提供理论参考。     

馆藏浮放陶瓷文物地震摇晃响应振动台试验

为保护可移动文物,采取试验方法研究了地震作用下馆藏浮放文物的摇晃响应.以故宫某展柜为原型,制作了1∶1比例的模型,并在展柜内放置了一陶瓷文物,进行了振动台试验.通过白噪声激励,获得了展柜的基频;通过输入不同类型、不同强度的地震波,研究了展柜和文物的地震响应;通过数值模拟,从理论上对模型地震响应进行了进一步论证.结果表明:对展柜而言,其基频在29～35 Hz之间,与地震波卓越频率相差较大,因而在地震作用下摇晃不明显;对文物而言,在地震波强度较小时能保持稳定振动状态,而在地震波强度较大时,文物容易产生明显摇晃并导致倾覆.此外,数值模拟结果与振动台试验结果吻合,证明了试验方法的有效性.在实际工程中,对高宽比较大的文物,应采取适当的加固措施,以减轻其摇晃震害.     

汶川地震导致的壁画文物震害研究——以广元市觉苑寺大雄宝殿壁画为例

为保护壁画文物,以四川省广元市剑阁县大雄宝殿为例,对汶川地震作用下殿内壁画的震害进行了研究.根据震后勘查结果,讨论了大雄宝殿壁画的典型震害症状,分析了古建筑侧脚构造对壁画抗震的有利影响.根据大雄宝殿壁画加固工艺作法及古建筑榫卯连接特点,建立了大雄宗殿的震前有限元模型.为研究汶川地震作用下壁画的震害特征,首先对其进行了模态分析,然后将模拟汶川地震波进行调幅,然后作用于大雄宝殿进行地震反应分析.通过采用时程分析法,获得了地震作用下不同时刻壁画整体的内力与变形响应峰值,并获得了典型节点的地震响应曲线.结果表明:大雄宝殿壁画开裂与空鼓的主要原因是面层与墙体粘结不牢导致的受拉破坏;地震作用下壁画保持稳定的振动状态;为提高壁画的抗震性能,壁画木框与外墙板间应加强连接,并在空隙处填塞隔震材料,同时应加强壁画本身保养工作.     

单檐歇山式木构古建抵抗极端烈度地震试验调查研究

为更好地保护我国古建筑,基于《单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验》的相关成果,研究了强震作用下我国明清官式木构古建的抗震性能,制作了与该论文相同的试验模型,进行了振动台试验。通过对模型输入烈度逐渐增强的1940年El-centro波,并考虑地震波为水平双向作用,分析了强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在强震作用下的抗震性能和震害机制。结果表明:强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;主要震害包括柱底偏移、榫卯节点开裂、拔榫、斗拱偏移及错位、额枋-垫板分离、墙体倒塌等,但承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌。其良好抗震性能的原因与古建筑的构造特征密切相关。