利用万能木材实验机及相关设备,完成不同年代木建筑所用木材力学性能实验研究,分析其与年代的相关关系,提出古旧木材力学性质评价方法;通过静、动态加载试验,研究卯榫节点和斗拱在不同受载条件下的变形特征及应力分布规律,分析接触磨擦面传力与耗能机理,同时实测斗拱模型滞回曲线,建立木结构卯榫节点及斗拱计算模型;使用同步起振机实现周期性地面水平振动加载,对选定的木结构实体进行激振和脉动测试,记录不同层的位移和典型构件变形,分析该结构整体的动力特性。利用上述材性试验结果及卯榫节点模型和斗拱模型建立所选定木结构实体整体分析力学模型,完成数值分析,并与实体测试资料对比得到恰当的模型参数,模拟该结构在不同损伤下和不同载荷条件下的工作状况。这些结果能覆盖多数古建筑木结构。本项研究旨在给出古代木建筑结构分析方法,为古建筑木结构可靠性评价、维护与修缮提供可靠的依据,这无疑对提高古建筑寿命和发展文物保护技术有重要意义。
分析了应县木塔构件及整体变形,得到了其分布特征及构件和整体的残损状态;并进行了可靠性等级划分;根据应县木塔现场环境振动测试试验,反演推算出了木塔结构层间刚度,利用传递函数技术计算分析了不同地震波作用下的木塔各层的弹性位移反应,建立了适合这类结构动态反应的弹性分析方法;进行了应县木塔实体结构周期性地面振动加载试验,得到了各层相应的振动量值;利用能量等效原则分析了木塔弹塑性地震反应,划分并标定了木结构地震损坏等级和参数,提出了这类结构的层间动力弹塑性分析方法;通过实验得到木塔古旧木材的物理、力学性能指标,系统分析了木塔构件及整体的残损变形及机理,提出了适用于木塔结构抗震分析的新方法;针对历史上木塔修缮工程的特点,提出了木塔现状修缮加固的重点及可行的方法。进行了部分梁柱卯榫节点及斗拱试件试验与计算模拟,测试了县木塔各类构件的动态应变,指出木材力学性能的复杂性和特殊性,模型及实体结构应变测试相对困难,应注重其变形的观测。进行了公路交通振动对重点保护区范围(晋祠)内的多点地面振动参数确定,并得到了晋祠圣母殿重点保护文物(建筑及泥塑)的自振特性,进行了交通振动对重点保护文物影响的判定。