藏式古建木结构的力学性能研究

青藏高原特殊的自然地理环境、藏族独特的文化特征使得藏式古建筑与传统汉式古建筑相比具有显著特性。藏式古建筑大多建造年代久远，所处自然环境较为恶劣，存在不同程度的结构损伤，有效地保护与维修需求十分迫切。本项目拟采用理论分析、现场勘察、实验室试验、现场测试、数值模拟等研究手段，对典型藏式古建木结构的力学性能进行系统深入的研究，掌握藏式古建筑木材的性能衰减特征，获得藏式古建木结构梁柱连接节点的传力特征、损伤与破坏机理、力学模型，研究并开发适用于藏式木结构的结构性能参数与结构损伤状态的识别与模拟技术，获得可以评价藏式古建筑在环境作用以及地震灾害作用下结构薄弱环节的有效方法，建立藏式古建筑的安全状态评价级别，为藏式古建筑的状态评估提供依据。

藏式古建筑的历史意义、宗教意义、艺术价值一直是世人关注的热点。目前，国内外针对藏式建筑的研究主要集中在其建筑风格、装饰艺术及宗教意义方面，对其结构性能的分析较少。藏式建筑属于密梁平顶式构架，其结构体系主要由土石墙体、木柱、木梁、木椽子以及阿噶土楼板共同构成。许多大型的宫殿、寺庙等藏式古建筑能够历经成百上千年而不倒，已经证明了藏式建筑具有良好的耐久性。然而，由于长期受地震、腐蚀等外力作用及自身材料性能退化，结构的承载力和稳定性均有所下降，威胁着古建筑的安全。.本课题在实地考察的基础上，总结了藏式古建筑的结构特点及典型残损类型，并对结构的传力机理和残损原因做出了初步的理论解释。完成了新旧藏青杨木及替换用松木三种木材的力学性能试验，并对试验结果进行了深入分析和对比；探讨了古木材退化规律及试样指标的变异性，为藏式古建筑木材强度的选取提供了参考。.以典型藏式古建木结构节点的分析模型为依据设计了两组静力试验，分别分析梁柱连接在竖向荷载作用下的传力机理，破坏模式，以及梁柱连接的转动性能。以静力试验为基础，进行对应的数值模拟，结合试验与有限元分析结果确定了组成节点的各个组件的受力状态，节点的传力机理及破坏模式，并且建立了节点的弯矩-转角曲线模型。同样，进行了梁柱连接滞回性能数值模拟，分析了节点在反复位移荷载作用下的受力状态，建立了滞回曲线，骨架曲线，恢复力模型，并进行刚度退化分析及能量耗散能力分析。.根据在某典型藏式古建木结构中进行的结构在环境激励下的加速度响应测试，对结构的模态参数进行识别，并且针对阻尼比识别结果变异性很大的问题，提出了基于方差上界和下界的阻尼比识别方法，获得了较为稳定的识别结果。.通过建立试验结构的有限元模型，基于人工神经网络的有限元模型修正方法，对该模型进行了修正，得到较为真实的结构有限元模型，为典型藏式结构的损伤识别、可靠度评估提供必要的基础研究；研究了诱发构件变形的主要因素，通过数值模拟提取结构上关键点处的应变值，对其进行关联性分析，提出了基于结构应变静态数据的变形判断与定位方法。.在典型藏式古建木结构中进行了不同分布区域、分布密度下的静载试验，不同分布区域、分布密度及频率下人群行走与跑步的动力实验。通过试验数据分析评估了楼板的竖向振动舒适度；同时分析了楼板间的相互作用以及不同人群活动类型对结构振动的影响。