【摘 要】
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木结构古建筑是我国传统建筑的杰出代表,但木构件由于长期受日光曝晒、生物侵蚀、干湿交替等因素影响,外观形态和微观结构均发生变化,进而出现木构件变形、材性退化等影响整
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木结构古建筑是我国传统建筑的杰出代表,但木构件由于长期受日光曝晒、生物侵蚀、干湿交替等因素影响,外观形态和微观结构均发生变化,进而出现木构件变形、材性退化等影响整体结构安全的因素,而目前对于古建筑木材损伤模型及损伤识别模型的研究较少涉及。事实上,古建筑木结构常用树材的微观结构研究对其宏观力学性能等具有非常重要的意义,一方面可以揭示木结构腐朽、劈裂等损伤的微观机理,另一方面可以建立微观结构组分变化与宏观力学性能衰减之间的联系,对判定影响结构体系安全的因素和隐患,及时开展维护和修缮工作具有重要的参考意义。本文基于以上问题展开研究,主要包括:(1)分析不同损伤程度木材的XRD(X射线衍射)图谱,定义木材损伤率γu,依据不同损伤程度木材的力学性能指标和应力-应变曲线变化规律,以损伤率γu为参数,分别提出了力学性能指标顺纹抗压强度Y1、顺纹抗压弹性模量E1、横纹径向抗压强度Y2、横纹径向抗压弹性模量E2、横纹弦向抗压强度Y3、横纹弦向抗压弹性模量E3的衰减模型和木材顺纹抗压损伤本构模型。(2)分析不同损伤程度木材傅立叶转换红外光谱(FT-IR光谱),为建立FT-IR光谱定量分析模型,应用偏最小二乘法(PLS)对FT-IR光谱进行二阶导数预处理,为确定损伤识别模型参数,使用Savitzky-Colay平滑方法计算二阶导数预处理光谱,结合双波数拟合结果,以双波数对应吸收峰强度为参数,提出了木材FT-IR损伤识别模型和损伤本构模型。(3)分析不同测点应力波传播速度衰减率(V)与腐朽面积比率(A)的关系,提出可靠的V-A模型。基于此,首先对立柱构件进行应力波纵向和横向无损检测,其次对应力波传播速度进行物理性能和化学性能参数分析,最后对各等级试样进行FT-IR和XRD分析,结合FT-IR损伤识别模型,提出了木材无损检测损伤识别模型和损伤本构模型。(4)分析梁柱构件在不同损伤程度下动力参数频率和振型的变化规律,结合顺纹抗压弹性模量E1、横纹径向抗压弹性模量E2与损伤率γu的关系,进一步得到利用构件动力参数频率对构件进行损伤识别的方法。(5)探讨力学性能衰减模型、损伤本构模型、FT-IR损伤识别模型、无损检测损伤识别模型之间的关联、相互验证及应用法则;并以旧材为例,通过FT-IR分析,将试样力学性能测试结果与FT-IR损伤识别推导结果进行对比分析,进一步推导旧材的无损检测识别和动力参数识别结果,以及构件顺纹抗压损伤本构模型。
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