基於現代橋樑工程理論的中國木拱橋受力機理研究

《基於現代橋樑工程理論的中國木拱橋受力機理研究》是依託福州大學，由楊艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於現代橋樑工程理論的中國木拱橋受力機理研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊艷

項目摘要

中國木拱橋獨特的編木拱結構，從古代留存、發展至今，是極其重要的世界級的文化遺產。然而，目前在其編木拱結構這一核心價值方面，缺乏科學系統的研究。本項目基於現代橋樑工程學，將分析現存中國木拱橋技術調查結果，設計製作典型結構的室內模型，通過試驗研究，揭示中國木拱橋的受力機理，提出理論分析與有限元計算方法；在此基礎上，開展實橋的靜動載試驗與計算分析，驗證和修正理論分析與有限元計算方法；開展結構參數分析，提出中國木拱橋實用計算方法。項目的研究將揭示中國木拱橋受力機理和結構優越性，為中國木拱橋申報世界文化遺產提供科學論據，為“中國木拱橋傳統營造技藝”傳承提供理論支撐；項目的研究，將為中國木拱橋維修和建設提供科學方法，並豐富現代橋樑結構分析理論，為現代橋樑結構的創新和木橋結構標準的制訂提供參考。

結題摘要

中國木拱橋獨特的編木拱結構，從古代留存、發展至今，是極其重要的世界級的文化遺產。就編木拱結構這一核心價值方面，一直缺乏科學系統的研究。本項目基於現代橋樑工程學，通過室內縮尺試驗研究和有限元分析；室內節點試驗和有限元分析；實橋靜動載試驗和有限元分析等幾個方面的研究，揭示了中國木拱橋受力機理和結構優越性。研究表明：編織拱在豎向荷載作用下不僅會產生豎向位移，還會產生較大的縱向位移，閩浙木拱橋編木拱結構設計時應以主拱結構的豎向變形作為設計控制依據，同時需要進行縱向變形和特徵截面應力的驗算；在編織拱設計計算時將榫卯節點簡化成鉸接，其計算結果偏安全；編織拱結構以第一系統受力為主，第二系統依附於第一系統，限制第一系統的變形，同時分擔部分的內力；就編織拱兩個系統協同受力來說，第二系統下橫樑與第一系統斜肋聯合受力性能最差；在實際設計計算中，必須考慮兩個系統脫開的影響；閩浙木拱橋卯榫節點試驗和有限元分析表明，直榫框架得到的彎矩-轉角曲線較燕尾榫框架飽滿，抗震性能更好；就中國木拱橋兩個分支簡化計算研究表明：採用原有的汴水虹橋簡化計算對閩浙木拱橋進行簡化計算，其簡化計算結果與實際有較大差異，採用第一系統橫樑與第二系統拱肋能聯合受力，第二系統橫樑與第一系統拱肋（除第二系統底橫樑外）均處於“脫開”狀態的平面簡化計算模型用於進行閩浙木拱橋簡化計算較為合理。 本研究已發表論文7篇，另形成2篇論文已投稿SCI刊源，還有2篇尚未完成投稿，培養碩士研究生2名，博士生1名，參加國際國內學術會議3次。以上研究，將為中國木拱橋申報世界文化遺產提供科學論據，為“中國木拱橋傳統營造技藝”傳承提供理論支撐；將為中國木拱橋維修和建設提供科學方法，並豐富現代橋樑結構分析理論，將為現代橋樑結構的創新和木橋結構標準的制訂提供參考，對促進中國木拱的套用具有積極的意義。