藏式古建木結構的力學性能研究

《藏式古建木結構的力學性能研究》是依託北京交通大學，由楊娜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：藏式古建木結構的力學性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊娜
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

青藏高原特殊的自然地理環境、藏族獨特的文化特徵使得藏式古建築與傳統漢式古建築相比具有顯著特性。藏式古建築大多建造年代久遠，所處自然環境較為惡劣，存在不同程度的結構損傷，有效地保護與維修需求十分迫切。本項目擬採用理論分析、現場勘察、實驗室試驗、現場測試、數值模擬等研究手段，對典型藏式古建木結構的力學性能進行系統深入的研究，掌握藏式古建築木材的性能衰減特徵，獲得藏式古建木結構樑柱連線節點的傳力特徵、損傷與破壞機理、力學模型，研究並開發適用於藏式木結構的結構性能參數與結構損傷狀態的識別與模擬技術，獲得可以評價藏式古建築在環境作用以及地震災害作用下結構薄弱環節的有效方法，建立藏式古建築的安全狀態評價級別，為藏式古建築的狀態評估提供依據。

結題摘要

藏式古建築的歷史意義、宗教意義、藝術價值一直是世人關注的熱點。目前，國內外針對藏式建築的研究主要集中在其建築風格、裝飾藝術及宗教意義方面，對其結構性能的分析較少。藏式建築屬於密梁平頂式構架，其結構體系主要由土石牆體、木柱、木樑、木椽子以及阿噶土樓板共同構成。許多大型的宮殿、寺廟等藏式古建築能夠歷經成百上千年而不倒，已經證明了藏式建築具有良好的耐久性。然而，由於長期受地震、腐蝕等外力作用及自身材料性能退化，結構的承載力和穩定性均有所下降，威脅著古建築的安全。 本課題在實地考察的基礎上，總結了藏式古建築的結構特點及典型殘損類型，並對結構的傳力機理和殘損原因做出了初步的理論解釋。完成了新舊藏青楊木及替換用松木三種木材的力學性能試驗，並對試驗結果進行了深入分析和對比；探討了古木材退化規律及試樣指標的變異性，為藏式古建築木材強度的選取提供了參考。 以典型藏式古建木結構節點的分析模型為依據設計了兩組靜力試驗，分別分析樑柱連線在豎向荷載作用下的傳力機理，破壞模式，以及樑柱連線的轉動性能。以靜力試驗為基礎，進行對應的數值模擬，結合試驗與有限元分析結果確定了組成節點的各個組件的受力狀態，節點的傳力機理及破壞模式，並且建立了節點的彎矩-轉角曲線模型。同樣，進行了樑柱連線滯回性能數值模擬，分析了節點在反覆位移荷載作用下的受力狀態，建立了滯回曲線，骨架曲線，恢復力模型，並進行剛度退化分析及能量耗散能力分析。 根據在某典型藏式古建木結構中進行的結構在環境激勵下的加速度回響測試，對結構的模態參數進行識別，並且針對阻尼比識別結果變異性很大的問題，提出了基於方差上界和下界的阻尼比識別方法，獲得了較為穩定的識別結果。 通過建立試驗結構的有限元模型，基於人工神經網路的有限元模型修正方法，對該模型進行了修正，得到較為真實的結構有限元模型，為典型藏式結構的損傷識別、可靠度評估提供必要的基礎研究；研究了誘發構件變形的主要因素，通過數值模擬提取結構上關鍵點處的應變值，對其進行關聯性分析，提出了基於結構應變靜態數據的變形判斷與定位方法。 在典型藏式古建木結構中進行了不同分布區域、分布密度下的靜載試驗，不同分布區域、分布密度及頻率下人群行走與跑步的動力實驗。通過試驗數據分析評估了樓板的豎向振動舒適度；同時分析了樓板間的相互作用以及不同人群活動類型對結構振動的影響。