應(yīng)縣木塔現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)殘損要點(diǎn)及機(jī)理分析.pdf

1、應(yīng)縣木塔面臨修繕加固，對其殘損狀態(tài)的詳細(xì)了解與分析是進(jìn)行合理修繕的重要保證。木塔所用主要材料為木材，受物理、化學(xué)、生物等的侵蝕及外力作用下的損壞，造成木材本身繼續(xù)承載的能力削弱。木塔的結(jié)構(gòu)構(gòu)造方法與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)截然不同，其經(jīng)歷近千年而毅然聳立顯示了其結(jié)構(gòu)上的合理與精妙，但材料性能的削弱和強(qiáng)外力的多次作用使其損傷和殘損變形的累計(jì)達(dá)到了威脅其安全的程度。現(xiàn)狀的殘損、周圍環(huán)境的改變和人為不利因素的影響加速了木塔繼續(xù)損傷的速度。通過本文的研究，系統(tǒng)

2、的分析了木塔主要?dú)垞p類型及機(jī)理，形成了一種新的分析古建筑結(jié)構(gòu)的方法，提出了自己對木塔修繕的考慮。主要研究成果如下： (1)從時(shí)間、唐遼宋時(shí)期中國建筑的發(fā)展及法式制度角度討論了《營造法式》與應(yīng)縣木塔之間的關(guān)系。系統(tǒng)地量化描述了應(yīng)縣木塔承重柱與整體殘留的水平和豎向變形；指出各個(gè)構(gòu)件之間有較大的相對變位并且這些相對變位之間存在差異，特別是二層平坐各柱柱頭上的鋪?zhàn)鲗铀较鄬ξ灰撇灰恢?。這些對木塔的安全造成了嚴(yán)重的威脅，是修繕加固應(yīng)優(yōu)先考

3、慮的問題。 (2)分析了各類構(gòu)件的殘損類型：有柱子的徑面開裂、柱腳朽損和劈裂、表面侵蝕、表層老化，梁和枋的端部開裂、腐朽、環(huán)裂、彎折、持久受力下的大變形，鋪?zhàn)鞫饭爸械娜A拱及斜華拱折斷下垂、櫨斗劈裂等。這些成為各類構(gòu)件中的常見殘損類型。殘損的結(jié)果是木塔構(gòu)件有效截面削弱，部分構(gòu)件喪失承載能力，降低了木塔的可靠性。這是修繕工程中需要大量進(jìn)行而又非常棘手的問題。 (3)進(jìn)行了木塔現(xiàn)狀實(shí)體的動(dòng)態(tài)測試試驗(yàn)，得到了木塔的一至四階徑向和

4、切向振型及固有頻率，推算了基頻的阻尼比。分析識別了木塔的層間剛度，發(fā)現(xiàn)木塔的層剛度分布有突變之處，與殘損加重部位非常吻合，是殘損加重的重要原因之一。 (4)提出采用綜合分析方法進(jìn)行木塔的非線性反應(yīng)分析。利用現(xiàn)狀實(shí)體的動(dòng)態(tài)測試結(jié)果，通過頻域轉(zhuǎn)化、傳遞函數(shù)、小波分解等分析技術(shù)得到在預(yù)期的地震作用下木塔各層的線性反應(yīng)；分析并采用了模型的試驗(yàn)結(jié)果，利用動(dòng)能等效原則，推算出進(jìn)入強(qiáng)震下的非線性影響，作為了解木塔結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和評價(jià)地震影響的

5、依據(jù)。 (5)首次提出古建筑木結(jié)構(gòu)的雙參數(shù)地震損壞準(zhǔn)則，初步劃分了古建筑木結(jié)構(gòu)震害等級及標(biāo)定參數(shù)。通過對殘損指標(biāo)計(jì)算分析，得出了木塔地震影響的初步評價(jià)。發(fā)現(xiàn)在地震作用下，層傾斜位移的過度加大和殘損嚴(yán)重部分耗能能力的明顯降低，是影響木塔在地震作用下?lián)p壞程度的兩個(gè)重要因素。 (6)指出木塔變形、殘損及影響安全的內(nèi)在機(jī)理和外在因素：木材的橫紋受壓變形顯著、流變性能明顯；隨著時(shí)間的推移，木材的密度、強(qiáng)度、韌性等均降低，脆性增強(qiáng)，

6、抽提物增多；木塔的梁、栿、枋、斗、拱等均為橫紋受壓構(gòu)件；木塔層間剛度比差異較大，同時(shí)各層質(zhì)量中心與剛度中心不一致；柱頭柱底的摩擦力降低、各層鋪?zhàn)鲗拥暮趺娣€(wěn)定性的約束作用減少、輔助構(gòu)件的松緊不一都將因外力而造成相應(yīng)作用的繼續(xù)減少，降低了木塔整體的穩(wěn)定性。這些構(gòu)成了木塔變形、殘損及影響安全的內(nèi)在機(jī)理。木塔受到的強(qiáng)外力作用主要是炮擊、大風(fēng)和地震三種；導(dǎo)致木塔疲勞損傷的主要是風(fēng)及人流；物理、化學(xué)、生物等的作用對木材材料造成侵蝕。這些構(gòu)成了木塔變