【摘要】：木結構建筑是中國古代建筑的主體。由于木材的生物質特性和長期暴露于自然環(huán)境中的現(xiàn)狀,使得古建筑中的木構件在使用過程中,會面臨材質性能降低和內部殘損等風險。這些風險不僅會對古建筑的整體結構安全性構成隱患,而且還會使大量攜帶有原真歷史信息的標本性構件快速消逝。因此,通過適宜合理的檢測勘查技術手段,盡可能真實準確地獲取古建筑木構件的材質性能信息和殘損信息,對評判其安全健康狀況、實施預防性保護、進行科學合理修繕、構建保護信息數據平臺等,都至關重要且十分迫切。在分析論述以上現(xiàn)狀及目前國內外相關研究成果的基礎上,以古建筑中拆卸下的舊木構件為主要研究對象,通過試驗的方法,著重開展基于無損檢測技術的,針對木構件材質性能與內部殘損的,適宜性的檢測技術流程和數據統(tǒng)計方法研究。首先,從宏觀—中觀—微觀三個層面,即對木結構古建筑發(fā)展歷程的研究(宏觀層面)、對結構用木材特性的研究(中觀層面)和對古建筑木構件殘損類型及成因的研究(微觀層面),分別探討了中國木結構古建筑及其組成構件的相關基礎理論知識。研究內容主要包括中國木結構古建筑的發(fā)展歷程、組成部分,木構件受力特點及材料要求,結構用木材的特性及中國木結構古建筑常用的木材樹種勘查,影響木構件耐久性的若干因素,以及木構件常見的殘損缺陷形態(tài)等。從而對研究的對象進行了深入的剖析。進而,列舉介紹了幾種主要應用于木材的無損檢測技術的工作原理及其主要設備類型,并通過設備優(yōu)選試驗,結合木材特性及現(xiàn)場檢測要求,確定了以應力波檢測技術和微鉆阻力檢測技術相結合的主要研究手段。本文的主體試驗通過兩部分試驗模型設計,分別研究了對古建筑木構件的材質性能和內部殘損的檢測技術方法:1)通過對清材試件分別進行無損檢測和傳統(tǒng)力學試驗的方法,建立了無損檢測數據對木材主要材質性能(木材密度、抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度)之間的關聯(lián)特征關系模型,并嘗試運用不同的數據統(tǒng)計方法(線性回歸模型、信息擴散模型)進行預測,以考察其預測的可行性和精度。在此基礎上,研究了不同條件(木材年代、木材含水率、鉆針速率)對無損檢測數據的影響規(guī)律,分別建立換算關系,以應對不同條件下的現(xiàn)場檢測需求。2)通過逆向模擬試驗的方法,在舊木構件的截面中心位置分別人工挖鑿不同面積比例的截面貫穿型孔洞和篩狀孔洞,以模擬現(xiàn)實中空洞和腐朽的殘損形態(tài),對其進行應力波檢測,考察應力波二維圖像對其分別的識別精度,并對比真實挖鑿面積和應力波檢測面積,建立了二者的函數關系。進而,基于對應力波不同傳播路徑波速衰減規(guī)律的分析,嘗試運用馬氏(Mahalanobis)距離判別模型,對截面孔洞的面積比例進行判別�；谖€@阻力交叉進針的方法,通過對阻力曲線衰減段的分析計算,對應力波檢測出的內部孔洞面積進行精確化修正。最后,基于試驗的研究成果,并結合現(xiàn)場檢測工作的實際情況,建立了木結構古建筑現(xiàn)場檢測技術流程,包括檢測范圍和內容、抽樣方法、檢測手段的確定,以及具體的現(xiàn)場操作流程,并以天壇長廊的檢測工作為例詳細介紹之。針對保護工作中數據的應用現(xiàn)狀,開發(fā)架構了一套古建筑保護數字化信息平臺系統(tǒng),實現(xiàn)了古建筑信息數據(包括檢測數據)的網絡化應用;針對現(xiàn)場檢測中遇見的操作難題,研發(fā)了一種專門用于微鉆阻力儀現(xiàn)場檢測的支架裝置,嘗試解決了測量誤差較大、人力持舉疲勞和無法有效固定的問題。
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【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU366.2;TU317
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本文編號：2346441