基于实体残损和模型实验的木构古建筑整体结构性能研究与安全性评价

用压针法检测三个木构古建筑主要构件腐蚀深度，记录各建筑一年四季的平均湿度和温度(记录两年)，建立温度、湿度、年代与木材腐蚀深度的关系。对已留存14年的应县木塔层比例模型（1:15），进行三种竖向荷载下的拟静力水平加载实验,与第一次实验结果对比分析，确定木塔层间水平极限变形，判定它们的安全等级，提供木塔抵抗水平地震能力的层间参数指标，建立基于构件有效截面和层极限变形的木构古建筑安全性评价方法。考虑构件之间接触摩擦传力机制，通过建立木塔以层为对象的计算模型并以实验结果验证，提出适用于木构古建筑整体的结构计算方法。详细分析木塔整体模型(1:20)静、动力实验中的构件应力及其分布、各层变形及其关系、振动特点等，并与木塔现状残损对比分析,判断木塔薄弱部位（或构件）和薄弱层，判定在不同的主要载荷作用下木塔整体的破坏机制。这些方法和结果能够覆盖单、多层木构古建筑，对古建筑保护具有重要意义。

进行了应县木塔各类主要构件的残损特征与分类：主要承重构件：有柱、梁木伏、铺作层的枋、斗拱连结、后加的支撑构件。由于地基及基础有专项勘察与评价，故不列入本项目。总计调查柱312根、梁木伏 416根，枋720、斗拱416组及后加构件约1000余件；但由于首层柱均包围于双重的厚围护墙中，残损状况不明，所以首层只进行了柱头以上部分的调查，以下部分，等有条件时再进行。.针对大同乾楼设计与建造进行试验与计算分析：1）亚花梨木材弹性模量、受弯强度和变形实验。从弹性模量和强度实验值看，设计和施工中应尽量使受弯构件径向承载。从破坏形态看，12根构件中11根出现主裂缝，破坏沿着主裂缝发展。破坏具有明显的脆性性能。受弯极限变形转角可取为1/30。梁端部因构造需要而常常消弱，其为梁类构件的薄弱环节。在受弯情况下由第6点可知其损坏主要表现为脆断，耗能能力弱。在整个实验过程中，加载点没有造成木材局部的明显压痕，即木材较硬，耗能能力弱。2）从振型及振型质量参与系数可以得出：结构没有明显的缺陷。沿十字形两个正交方向的水平振动是等概率的；水平扭转在前15个振型中占据5个，即第3、6、7、12、15振型，表明水平扭转振动明显，水平扭转刚度与水平平动刚度十分接近，说明结构的刚度分布合理。从振型局部看，第三层明层的水平平动和扭转振型相对值大于其它两个明层的，其主要原因几位第三层明层减掉四根中间柱子的原因，本层为薄弱层，但从这里却不能得出不安全的结论。3）各荷载组合下的相对变形结论：安全。在各种荷载组合下，每层水平相对变形小，刚度较大，整体性好。各层水平向变形中，百年一遇的风荷载起控制作用。明层柱头、柱脚相对变形大于暗层柱头、柱脚的相对变形。最大偏转角：一层明层1/463，二层明层1/381，三层明层1/400；二层暗层1/881，三层第一暗层1/1100，三层第二暗层1/1222。百年一遇的的风载作用下，第二层为相对薄弱层；设防烈度对应的小震地震作用下，第三层为相对薄弱层。同层不等高柱的使用，因柱头水平连接刚度大，计算中没有发生碰撞现象。但要保证这种刚度的持续性。相应于大同7度设防的众值烈度地震波作用下，建筑处于基本完好的状态。各荷载组合下的构件应力远小于相应的设计强度。