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我国古建筑多以木结构为主,具有较高的历史、艺术与科学价值,是文化遗产保护的重点内容,受自然灾害或使用年限的影响常出现残损现象,同时木构件具有生物材料特性还存在易腐易蛀、内部空洞等现象,在不当保护下建筑常发生歪闪变形、焚毁、坍塌等现象。古建筑的损毁破坏建筑自身的原真性,木构件表面的彩画、雕刻等艺术品也会受到影响,后果十分严重。面对以上问题目前较多采用被动式的修缮或抢救性维护,缺乏前期预防性保护,致使多数古建筑木结构错过最佳修缮和保护时期,导致古建筑木结构不断恶化发展,最终面临常年微小的残损不断发展为无法修缮或突然坍塌。造成古建筑自身文化的永久流逝,同时还危害人身安全。因而探索预防保护理念下的古建筑木构件残损及材性检测适宜技术研究至关重要且十分迫切。 通过对我国南北方古建筑木构件材料进行调研以及取样分析,总结南北方古建筑常用树种以及主要残损肌理。运用复杂网络分析法判定主要木构件的内部残损类型。主要研究内容包括古建筑木构件的体系特点、材料特征、残损肌理以及耐久性。以内部残损的木构件为研究对象对预防性保护进行了深入剖析。 主体试验通过三部分实现,分别研究了古建筑木构件的残损面积、材质性能预测的适宜检测技术方法: 1)通过对硬木松、榆木和杨木等树种进行内部残损模拟,分析树种、年代、形状、内部缺陷大小、残损位置、残损类型、含水率、地仗、传感器数量、内部构造对应力波检测结果的影响,同时对内部残损径长以及探针数量对阻抗仪检测结果的影响,将应力波和阻抗仪的检测值利用Shapley值建立对不同树种的组合预测残损模型,提高内部残损面积的检测精度。 2)将小试件分别进行物理力学试验和无损检测实验,建立不同树种的小试件密度(P)、抗弯弹性模量(MOE)和顺纹抗压(UCS)之间的关系模型。 3)对不同残损面积以及不同残损位置(芯材空洞或边材残缺)的足尺试件进行荷载破坏实验,总结在极限荷载时不同残损情况下木构件节点的破坏肌理以及变形情况,利于古建筑木构件预防性保护时依据外部残损情况快速判断木构件存在的安全隐患。 4)参照《营造法式》制作木柱足尺试件,模拟不同残损位置、残损大小,对比应力波和阻抗仪无损检测以及压力试验机试验,对剩余承载力预测,同时对木构件危险截面进行判断。 最后从古建筑木构件的保护对象、方法和内容三个方面构建预防性保护体系,提出现场检测的抽样方法以及历史信息和无损检测数据采集的流程,并结合现场古建筑木构件预防性保护检测工作中面临携带检测设备交多、数据采集受限以及数据准确性等难题,研发了用于古建筑木构件预防性保护装置、传感器定位装置以及变形检测装置,尝试解决现场面临的问题,为古建筑木结构的预防性保护和修缮提供有利的数据支持和方法。