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中国古建筑木结构抗震性能及其加固保护的研究与应用
编辑:      发表时间:[2016-08-26]       阅读:280

中国古建筑木结构是世界古代建筑中独树一帜的建筑体系,是不可再生的珍贵文化资源,具有极高的历史、文物、艺术和科学价值。2011年3月全国两会通过的《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》第四十四章将“文化和自然遗产保护工程”列为文化事业重点工程。

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一,仅近30年地震就多次使古建筑遭受了严重破坏甚至倒塌和不可挽回的巨大损失。地震严重威胁着我国古建筑的健康安全状况和久远传承。因此,系统开展古建筑木结构的抗震性能及其加固保护方法研究,对避免现存古建筑木结构的进一步损毁而久远地传承下去具有重要的科学意义和工程应用价值。

项目组自上世纪90年代开始,进行了古建筑木结构的结构特性、抗震机理、抗震性能、抗震评估、抗震加固方面的理论、试验及数值模拟等创新性研究工作,取得了系列突破性研究成果并开展了工程应用推广工作。主要技术内容包括:

(1)在分析我国古建筑木结构营造特点的基础上,应用现代力学和数学方法对古建筑木结构的结构特性、抗震思想进行了综合分析,揭示了我国殿堂式古建筑木结构基础摩擦滑移隔震、榫卯节点耗能减震、斗栱节点消能减震机理,与以往的实物调查及测绘、建筑形制演变等相比更具科学性,研究成果为古建筑木结构的合理保护提供了重要依据和技术支撑。

(2)完成了18个榫卯节点、27朵斗栱节点、12个柱脚节点的拟静力试验研究和3个整体结构模型的振动台试验研究,定量确定了榫卯节点、斗栱节点、柱脚节点的承载力、刚度、恢复力特性等性能指标,揭示了整体结构的地震灾变机理和柱脚节点、榫卯节点、斗栱节点的隔震/减震效果,建立了古建筑木结构的抗震分析理论、动力计算模型和失效破坏准则,研究成果为古建筑木结构的抗震评估和抗震加固提供了试验依据、理论方法与分析手段。

(3)提出了考虑古建筑木结构重要性、年龄、历史修缮周期的修缮基准期、材料性能等评估用参数的确定方法,建立了基于结构潜能和能量耗散准则的古建筑木结构抗震评估理论与方法,确定了整体结构破坏指数与震害等级、剩余抗震能力的关系,研究成果为制订古建筑木结构抗震加固方案提供了理论依据。

(4)创新提出了碳纤维布/扁钢加固榫卯节点方法,完成了12个碳纤维布与木材粘结性能、23根碳纤维布加固木梁抗弯及抗剪性能、8根碳纤维布加固木柱抗压性能的静力试验研究,完成了10个碳纤维布/扁钢加固榫卯节点的拟静力试验研究,以及2个碳纤维布/扁钢加固整体结构模型的振动台试验研究。分析了碳纤维布与木材间粘结应力分布规律,提出了碳纤维布加固木梁、木柱的承载力计算方法,得到了碳纤维布/扁钢加固榫卯节点的抗震性能变化规律,建立了古建筑木结构的加固设计理论与方法。

本项目研究历时15年,出版专著4部,获准国家专利4项,发表高水平学术论文80余篇(其中代表性论文被他引900余次),培养了古建筑抗震与保护方向博士研究生7名、硕士研究生50余人,研究成果已得到国内同行认可和行业规范采纳,对科学合理地保护我国重要文化遗产,提高古建筑木结构的健康水平,降低古建筑木结构保护在地震作用下的损伤风险具有重大的科学价值。陕西省科技厅组织的鉴定委员会认为,该成果达到国际先进水平,部分成果国际领先。

研究成果已在我国陕西、西藏、云南、河南、广西、内蒙古、福建等文物大省得到了推广应用,产生直接经济效益一千余万元。更为重要的是,古建筑木结构对传承中国传统文化、促进文化旅游发展、增强民族自豪感、提高国民科学文化素质具有不可替代作用,研究成果及其推广应用具有显著的社会效益。

 

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