中国南方传统木构建筑结构机制及相关FRP修复技术研究

中国南方传统木构建筑以穿斗体系为主，由于长期的风雨侵蚀，或受战争、地震的破坏，难免出现不同程度的损坏，迫切需要进行维修保护。为了给南方传统木构的维修保护提供科学依据，重点对其典型榫卯节点受力机理进行研究，为理解南方传统木构体系的演变规律提供佐证，建立考虑榫卯半刚性特征下的南方传统木构建筑的静力计算和抗震计算方法，为南方传统木构建筑的修复技术奠定理论基础。分析木构建筑传统修复技术的不足之处，提出适应南方传统木构的碳-芳混杂纤维布修复技术，建立碳-芳混杂纤维布加固修复木梁抗弯、抗剪性能、木柱抗压性能和典型榫卯节点抗震性能的计算方法。通过课题研究，为建立中国南方传统木构建筑保护的技术标准、规范和指导性文件提供理论依据。该研究成果将推动中国南方传统木构建筑保护、加固、修缮的科学化，具有明显的经济和社会效益，也将为建立新时代的传统木构建筑遗产保护工作和研究的跨学科发展做出贡献。

本项目通过对南方传统木构建筑典型榫卯节点的构造工艺研究，得出最常见的四种榫卯节点构造做法，包括：燕尾榫、半榫、十字箍头榫以及馒头榫四种典型榫卯节点，然后采用试验方法对四种榫卯节点的受力性能进行了研究，获得了这四种典型榫卯节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线以及转角刚度等受力特性，研究结果可为中国南方传统木构建筑的抗震性能研究和修缮加固提供理论基础。此外，本项目基于对木构建筑传统修复技术的优缺点分析，提出了适应南方传统木构的碳-芳混杂纤维布修复技术和嵌入式碳纤维板/筋修复技术。通过碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的抗弯性能试验，研究了不同层数的碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载力、荷载-挠度曲线、截面应变分布，建立了碳-芳混杂纤维布加固修复木梁抗弯性能的计算方法。为研究不同层数的碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的破坏形式、抗剪承载力、荷载与应变关系，对碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的抗剪性能进行了试验，建立了碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁抗剪承载力的计算公式。通过碳-芳混杂纤维布加固圆木柱（杉木和松木）的轴心抗压性能试验,研究了不同层数的碳-芳混杂纤维布加固圆木柱的破坏形式、轴心抗压强度、峰值压应变和荷载-应变曲线，提出了碳-芳混杂纤维布加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式。为研究不同规格的嵌入式碳纤维板和碳纤维筋加固矩形木梁的破坏模式、抗弯承载力、荷载-挠度曲线、截面应变分布，对嵌入式碳纤维板和碳纤维筋加固矩形木梁的抗弯性能进行了试验，建立了嵌入式碳纤维板和嵌入式碳纤维筋加固修复木梁抗弯性能的计算方法。通过内嵌碳纤维板和碳纤维筋加固圆木柱（杉木和松木）的轴心抗压性能试验,研究了不同尺寸的内嵌碳纤维板和碳纤维筋加固圆木柱的破坏形式、轴心抗压强度、荷载-应变曲线，提出了内嵌碳纤维板和碳纤维筋加固圆木柱轴心抗压承载力的计算公式。此外，结合保国寺大殿和浙南典型廊桥的精确测绘和有限元分析工作，对其结构性能及安全状况进行了研究，提出了适应性的加固修缮方法。