[发明专利]一种古木建筑水平承载稳定性的评估方法

说明书

一种木构古建水平承载稳定性的评估方法，包括：步骤一，获取木构古建中各个木材构件的力学性能参数；步骤二，构建无立柱几何缺陷的木构古建三维实体几何模型；步骤三，测量木构古建中每根立柱的实测倾斜值；步骤四，建立无立柱几何缺陷的木构古建力学仿真分析模型；步骤五，模拟木构古建因劣化损伤或/和外部荷载作用产生的几何缺陷；步骤六，得到木构古建中每根立柱的水平剪力值；步骤七，立柱施加水平剪力值，模拟木构古建的受力状态；步骤八，绘制每根立柱的V_j‑U_j的关系曲线；步骤九，计算得木构古建水平承载稳定性指标β_v。本发明解决了传统的评估方法难以操作，没有量化指标和偏于不安全的技术问题。

技术领域

本发明涉及木构古建安全稳定领域，特别是一种木构古建水平承载稳定性的评估方法。

背景技术

木构古建通过榫卯、斗栱连接构造及营造过程中产生的摩擦力实现构件连接，并形成具有承载能力的结构体系。木构古建的特点是斗拱刚度较大，而立柱与柱间梁通过榫卯连接，连接刚度相对较弱。经历数百年的劣化损伤或在外部荷载作用后，立柱产生滑移、错位变形后不能自恢复，具有非线性离散体力学模型特征，而现代建筑立柱与梁具有强连接、可自恢复的连续体力学模型特征，木结构古建筑与现代建筑具有完全不同的承载机理。因此，采用现代结构技术方法对木构古建的稳定性进行评估是不科学的。

目前，许多对木构古建立柱由于劣化损伤或外部荷载作用产生的几何缺陷的处理方式仅是根据实测数据将分析模型的初始几何形状进行修改，没有考虑变形过程对结构杆件内力变化的影响，采用修改分析模型初始几何形状的方法对木构古建进行稳定性评估是偏于不安全的。

《木构古建维护与加固技术标准》对木构古建的鉴定中规定，“对木构件和体系承载能力的验算采用的结构分析方法和计算图形，应通过专项论证”。该规范中没有给出明确的计算分析方法以及量化的指标，对产生几何缺陷后的木构古建水平承载稳定性很难进行评估。

木构古建经历数百年的材料劣化损伤或人类活动及战争的影响，导致立柱产生倾斜缺陷，立柱仅浮置于地面柱杵或下一层梁桴上，连接刚度较弱。在立柱产生倾斜缺陷后，木构古建水平承载稳定性能处于什么状态，在什么量级的水平荷载作用会发生失稳，目前没有明确的方法和量化的指标。

因此，针对上述问题，需采用符合木构古建承载机理特征的分析模型，并采取合理的方法对木构古建的水平承载稳定性进行评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种木构古建水平承载稳定性的评估方法，要解决传统的评估方法难以操作，没有量化指标和偏于不安全的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种木构古建水平承载稳定性的评估方法，包括步骤如下。

步骤一，对木构古建的立柱进行编号为1，2，……，n；并获取木构古建中各个木材构件的力学性能参数：力学性能参数包括实际弹性模量E、实际密度ρ、剪切模量G、泊松比μ、顺纹抗拉强度f_t、顺纹抗压强度f_c、顺纹抗剪强度f_v、抗弯强度f_m和木材构件间摩擦系数λ；其中，n为立柱的总根数。

步骤二，采用现场勘查、实测的方式，获取木构古建中立柱、梁枋和斗拱的截面尺寸及长度尺寸，构建无立柱几何缺陷的木构古建三维实体几何模型。

步骤三，利用高精度全站仪进行现场测量，得到木构古建中每根立柱的实测倾斜值Δ_j；其中，j为第j立柱的编号，为自然数，且j≤n。

步骤四，结合步骤一获得的木构古建中木材的力学参数和步骤二中构建的无立柱几何缺陷的木构古建三维实体几何模型，利用ANSYS或者ABAQUS仿真分析软件，建立无立柱几何缺陷的木构古建力学仿真分析模型。