基于材质与变形现场检测的古建木构状态评估

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基于现场检测的结构状态评估是古建筑木结构安全评估的重要组成部分,为结构制定合理的修缮和保护方案提供重要基础。由于在这一领域缺乏相关的规范和标准,因此本文提出了基于微损材质检测和全站仪变形监测的古建筑木结构状态评估方法,并将其应用于我国现存的多层古建筑木结构——飞云楼,为古建筑木结构的科学保护提供了重要参考。论文的主要工作和成果如下:
  (1)提出了基于应力波和微钻组合检测方法的古木构件内部材质损伤探测及现状材性参数估算方法。利用应力波和微钻组合的现场测试技术对飞云楼进行了详细的古木构件材料性能测试与分析。为验证所测数据的代表性,对现场材质检测数据进行概率统计分析,获得了检测数据的统计特征。测试结果表明应力波和微钻方法均可检测出构件的内部缺陷;利用应力波和微钻阻力检测得到的数据,对所测构件的弹性模量、抗弯强度、抗剪强度等材料参数进行了推导测算,进而获得了构件的材料特性。现场材质检测所得的构件材料参数还可为结构状态评估中基于材性的构件残损分级提供支撑。
  (2)针对古建筑木结构榫卯连接容易导致结构产生较大变形且多个构件多次变形测量均呈现不明显规律和趋势的特点,利用多次全站仪现场检测数据,提出了基于大地测量与窥探测试的古建筑木结构整体和局部稳定性分析方法。针对宝顶、飞檐等处的整体变形观测点,利用大地测量方法对结构进行整体一致性检验,可以得出整体结构是否稳定的一般结论;针对木柱倾斜等局部变形观测点,基于窥探测试,可获得每个测点在多次水平和垂直运动中是否稳定的结论;基于整体一致性和局部窥探试验的分析结果可为整体结构及单一构件是否稳定提供重要参考。为解析影响变形的环境因素,分别对风速和环境温度与主要承重柱的倾斜值进行了回归分析,结果表明风荷载对变形的影响较大。现场变形检测所得结论还可为结构状态评估中基于变形稳定性的构件残损分级提供支撑。
  (3)基于古建筑材料无损检测和变形测量结果同时参考相关的文献及标准,提出了古木构件安全等级评估方法。综合考虑基于材性和基于变形的残损分级,为构件状态划分了“非常安全”、“安全”、“危险”和“非常危险”四个安全等级,用分类映射的方式进行状态评估结果描述,可清晰表达构件有无“损伤”,是否“稳定”,此外还可显示其变形等级与程度。基于该方法评估得出的处于“危险”和“非常危险”的构件,可以考虑对其进行重点关注或修缮加固处理。
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