腐朽对古木建筑构件力学性能的影响

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木结构是我国古代传统的建筑结构类型,现留存的诸多木结构建筑已有数百上千年的历史,而腐朽作为木材的缺陷之一,在古木建筑结构中普遍存在,是造成古木建筑结构承载性能下降的重要因素。因此,研究腐朽对古木建筑构件力学性能的影响对于我国的文物建筑保护工作具有重要意义。基于此,本文的主要研究内容及创新点主要包括以下几个方面:1)提出了利用超声波检测仪测定不同腐朽等级木材力学参数的方法。出于文物保护的要求,古木结构一般不允许进行破损检测。超声波检测作为一种无损检测技术,具有检测工艺简单、操作方便等优点,已在现代混凝土结构、钢结构检测中得到广泛应用。本文尝试利用超声波检测腐朽木材力学参数。按照国家标准,将从南京天界寺拆卸下来的木构件加工成标准试件;利用ZBL-520型非金属超声检测仪,以波速作为参数,计算小试件的等效弹性模量;将其与小试件力学试验得到的实际弹性模量进行相关性分析。结果显示两者之间具有显著的相关性,表明用该方法检测腐朽木材力学参数是可行的。2)验证了超声波检测结合有限元数值模拟得到腐朽木构件极限承载力方法的可行性。为了得到腐朽木构件的极限承载力,本文采用在构件上布置测点,利用超声波检测测点处的力学参数,再辅以ABAQUS有限元建模的方法计算得到腐朽木构件的极限承载力;再在万能试验机上进行构件的承载力试验,得到构件极限承载力的试验值;将有限元计算结果与试验值进行对比,发现两者数值比较接近,具有显著的相关性,表明用该方法预测腐朽木构件极限承载力是可行的。3)提出了考虑腐朽影响的木构件极限承载力的折减系数。在以上研究的基础上,通过有限元建模,本文在构件截面均匀腐朽的情况下分析了不同腐朽状况对于木梁和木柱承载力的影响,并针对现有规范对于腐朽对构件承载力影响考虑较少的情况,提出了考虑腐朽位置、腐朽深度以及腐朽等级影响的木构件极限承载力的折减系数。
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