李 釗 王志濤 郭小東

（1.北京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)部，北京 100124；2.木結(jié)構(gòu)古建筑安全評估與災(zāi)害風(fēng)險控制國家文物局重點科研基地，北京 100124）

古建筑是中國文化遺產(chǎn)中的一顆明珠，現(xiàn)存的古建筑遺跡遺址具有極其寶貴的歷史文化價值、藝術(shù)價值及科學(xué)研究價值。我國古建筑木結(jié)構(gòu)主要通過榫卯、斗拱等構(gòu)造方式與梁、柱等一起形成建筑結(jié)構(gòu)。隨著時間的流逝，環(huán)境侵蝕、人為損壞以及地震等自然災(zāi)害的作用，對木結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)造與結(jié)構(gòu)等方面造成不同程度的損傷，降低了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和承載能力，也給古建筑木結(jié)構(gòu)的安全性帶來威脅。

為了保護(hù)殘損的古建筑木結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外學(xué)者基于不同的研究目的針對性地開展了殘損試驗和數(shù)值分析等研究，通過擬靜力試驗、振動臺試驗、有限元模擬等方法分析了梁柱、榫卯節(jié)點、斗拱節(jié)點等典型構(gòu)件的殘損對木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，同時對古建筑抗震性能評估方法、修復(fù)加固技術(shù)等開展了研究。本文重點從殘損榫卯節(jié)點、殘損斗拱節(jié)點和殘損梁柱等方面系統(tǒng)總結(jié)和分析近年來的研究成果，剖析現(xiàn)階段研究存在的問題以及研究的重點，為今后殘損古建筑木結(jié)構(gòu)的研究及修繕提供借鑒。

1 木結(jié)構(gòu)殘損破壞類型

不同于水泥、鋼筋等材料，木構(gòu)件屬于生物質(zhì)材料，易受溫度、濕度等外界環(huán)境影響，出現(xiàn)霉菌、蟲蛀、腐朽、空洞等劣化現(xiàn)象[1]，導(dǎo)致古建筑的梁、枋、柱等構(gòu)件產(chǎn)生殘損，對古建筑木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能造成不利影響，甚至威脅結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與安全性。

由于木構(gòu)件所處的位置、環(huán)境、材質(zhì)、使用年限、受力狀況等不同，其所發(fā)生的殘損現(xiàn)象和造成的危害也各不相同。典型的殘損分類如圖1 所示，其中常見的殘損類型主要有以下幾種[2-3]。

圖1 古建筑木結(jié)構(gòu)的殘損分類形式Fig.1 Classification of damage of ancient timber structures

1）木構(gòu)件開裂（圖2a）。木材受濕度的影響非常明顯，主要表現(xiàn)為產(chǎn)生干縮裂縫，而古建筑木結(jié)構(gòu)中的梁柱構(gòu)件在長期干濕交替作用下，干縮開裂的現(xiàn)象更為嚴(yán)重[4]；由于古建筑木結(jié)構(gòu)在使用過程中受荷時間長，從而在外力作用下產(chǎn)生裂縫。

2）木材材質(zhì)劣化（圖2b）。木構(gòu)件長期處在潮濕環(huán)境中，且由于古建筑防潮功能較差，地下或墻體潮氣容易侵入木構(gòu)件內(nèi)部造成真菌、霉菌等繁殖，從而導(dǎo)致木材產(chǎn)生糟朽。此外，蟲蛀也是木結(jié)構(gòu)常見的病害。一般情況下，糟朽和蟲蛀主要存在于柱腳、柱頭、梁柱節(jié)點等處[5]。

3）梁柱節(jié)點拔榫（圖2c）。榫卯連接是我國古建筑木結(jié)構(gòu)梁柱的主要連接方式，在長期受外力作用下，由于柱子沉降、歪閃，或者梁枋的彎曲變形等造成柱子與梁枋之間產(chǎn)生相對位移，加之木材本身的收縮等因素，榫卯節(jié)點容易松動，產(chǎn)生拔榫現(xiàn)象。

圖2 木結(jié)構(gòu)常見殘損破壞類型Fig.2 Common damage types of timber structures

4）梁、枋彎曲變形。古建筑梁、枋在長期豎向荷載作用下，由于材料性能老化造成木材彈性模量降低以及抗彎能力下降，導(dǎo)致跨中撓度過大產(chǎn)生彎曲變形。

2 殘損對木材的性能退化研究

木材具有獨特的材料構(gòu)造，因其物理、化學(xué)、生物等特殊性質(zhì)導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)不同于常規(guī)建筑材料，具有明顯的各向異性。因此，準(zhǔn)確把握木材材料性能是研究殘損木材結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和壽命的重要基礎(chǔ)，對此國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。

從木材本身特有的力學(xué)性能特征以及環(huán)境變化對其影響出發(fā)，陳志勇等[6]針對木材復(fù)雜的各向異性材料特點，利用ABAQUS軟件建立了相應(yīng)的本構(gòu)模型，反映了木材抗拉和抗壓強(qiáng)度不等、抗拉或抗剪時發(fā)生脆性破壞而受壓時發(fā)生塑性變形等特性。Zeeland等[7]研究了溫度對木材順紋抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)提出了木材抗壓強(qiáng)度隨溫度變化的雙折線模型。Koning[8]在對已有的研究資料進(jìn)行了整理與總結(jié)的基礎(chǔ)上，研究了不同溫度條件下木材剩余強(qiáng)度的預(yù)測方法，并結(jié)合試驗結(jié)果提出了剩余強(qiáng)度—溫度模型。

針對殘損木材的力學(xué)性能退化問題，國內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究。徐明剛等[9]通過對比新舊木材，發(fā)現(xiàn)舊木材的順紋抗壓強(qiáng)度、橫紋強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量均有所降低，同時發(fā)現(xiàn)新木的干縮率較舊木略大。瞿偉廉等[10-11]開展了針對腐朽木材的試驗研究，提出了根據(jù)腐朽等級考慮材料強(qiáng)度衰減和有效截面損失方法，并推導(dǎo)出了木材的腐朽抗力衰減模型。Leicester[12]提出了木結(jié)構(gòu)在白蟻和真菌腐蝕下的耐久性預(yù)測模型，確定了木材種類、防腐劑使用、含水率、溫度等影響腐蝕速率的主要參數(shù)。李鐵英等[13]在國內(nèi)外學(xué)者對古舊木材物理力學(xué)性能研究資料的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)存木材的強(qiáng)度折減系數(shù)。

可以看出，無論是在木材本體的各項異性力學(xué)特性方面，還是環(huán)境變化以及殘損對木材力學(xué)性能的影響方面，國內(nèi)外學(xué)者都開展了相應(yīng)的研究工作?；谀静捻樇y抗拉、抗壓強(qiáng)度特點建立了相應(yīng)的本構(gòu)模型，特別是基于腐朽、蟲蛀對木材的影響給出了相應(yīng)的時變規(guī)律和抗力衰減模型，并提出了相應(yīng)條件下的抗力演變模型，為后續(xù)殘損木構(gòu)件的力學(xué)性能研究奠定了理論基礎(chǔ)。

3 殘損對構(gòu)件力學(xué)性能影響研究

在傳統(tǒng)古建筑木結(jié)構(gòu)中，柱、梁、枋、檁構(gòu)成了整個建筑的承重骨架，而梁、柱和節(jié)點作為其關(guān)鍵的受力構(gòu)件在整個結(jié)構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用?；诖耍疚闹攸c針對殘損榫卯節(jié)點、斗拱節(jié)點、木梁、木柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對其力學(xué)性能研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論。

3.1 殘損梁柱力學(xué)性能研究

梁柱構(gòu)件作為古建筑木結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，除承受上部傳來的豎向作用力外還承擔(dān)著抵御水平荷載的作用。古建筑木結(jié)構(gòu)一般建成時間較久，在長時間自然或人為因素作用下，梁柱不可避免地出現(xiàn)殘損，給整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性或承載能力造成了一定的威脅。為了研究殘損梁柱的力學(xué)性能，學(xué)者們一般采用人工模擬殘損的方式進(jìn)行試驗和有限元仿真研究。

在木構(gòu)件干縮裂縫影響方面，陳孔陽等[14]通過在木柱和木梁上設(shè)置貫通縫來模擬自然干縮裂縫，分別對圓形木柱和方形木梁進(jìn)行軸心受壓試驗和三分點抗彎試驗，并利用ABAQUS進(jìn)行模擬分析，提出了考慮縱向干縮裂縫影響的木構(gòu)件承載力折減系數(shù)的計算公式。Mosallam[15]在對人工模擬殘損的木梁進(jìn)行受彎試驗的基礎(chǔ)上，研究了殘損木梁的抗彎承載力變化情況。謝啟芳[16]進(jìn)行了不同干裂程度和不同柱高的殘損木柱軸壓試驗，提出了干裂木柱綜合殘損程度量化指標(biāo)，建立了干裂木柱抗壓承載力和剛度退化模型。研究表明，干縮裂縫對梁柱的破壞模式影響較小，但隨著裂縫深度的加大，構(gòu)件的承載力和抗側(cè)剛度均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。

古建筑梁柱構(gòu)件除了開裂殘損外，出現(xiàn)較多的殘損形式是糟朽和蟲蛀，對于此類殘損形式也開展了較多研究。李勝才等[17]采用削弱截面的方法模擬構(gòu)件的殘損程度，制作了柱腳單側(cè)損傷和周邊損傷等幾種工況的單榀直榫木構(gòu)架，并對其進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗（圖3）和有限元模擬分析，在此基礎(chǔ)上研究了其破壞形態(tài)和滯回性能。結(jié)果表明，木構(gòu)架損傷程度越嚴(yán)重，其承載能力和抗震性能越差。謝啟芳[18]通過局部去除木材的方法模擬木柱的局部殘損（圖4），分別對木柱進(jìn)行軸壓試驗，并建立相應(yīng)的有限元模型，分析殘損區(qū)域的深度、長度對木柱力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，隨著損傷區(qū)域深度的增大，承載力降低幅值隨之增大；隨著損傷區(qū)域長度的增大，承載力降低趨于緩和。

圖3 加載裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of loading device

圖4 損傷木柱試件Fig.4 Damaged wood column specimen

于永柱等[19]以墻體木柱為研究對象，分別建立了考慮裂紋缺陷、腐朽缺陷以及符合缺陷特征的墻體木柱模型，在有限元模擬分析基礎(chǔ)上，探究了不同尺寸的缺陷對墻體木柱安全性的影響。陳立濤[20]基于ABAQUS有限元軟件，分別建立了完好木梁和糟朽木梁的實體有限元模型，對比分析了糟朽程度、糟朽位置等對木梁力學(xué)性能的影響規(guī)律，引入了殘損缺陷對木梁抗彎承載力的折減系數(shù)，進(jìn)而提出了考慮折減系數(shù)的殘損木梁剩余承載力評估計算方法。路鵬[21]針對木柱老化問題建立了老化木柱和老化木梁的有限元模型，研究老化對木柱和木梁構(gòu)件受力性能的影響，認(rèn)為老化對木柱抗壓承載力和木梁抗彎承載力的影響與老化均勻度呈線性相關(guān)，并分別提出了考慮老化影響的木柱構(gòu)件抗壓承載力和木梁構(gòu)件抗彎承載力折減系數(shù)計算公式。張利朋等[22]建立了木材的彈塑性損傷本構(gòu)模型，通過模擬已有文獻(xiàn)中的三點受彎木梁試驗，對此本構(gòu)模型的正確性進(jìn)行了驗證，表明所建立的彈塑性損傷本構(gòu)模型可以較好的反應(yīng)殘損梁柱構(gòu)件在受力過程中的非線性受力和損傷演化行為。通過以上研究可以看出，腐朽位置、腐朽深度和腐朽等級對木構(gòu)件承載力有顯著影響，且殘損深度越深，損傷區(qū)域越長，木柱的軸心受壓承載力和木梁的抗彎承載力越低。

綜合以上不同殘損形式對梁柱力學(xué)性能的影響研究可以看出，裂縫、糟朽等均對古建筑木構(gòu)件的力學(xué)性能有重要影響，普遍認(rèn)為隨著殘損程度的增加，梁柱構(gòu)件的承載能力和安全性均呈下降趨勢。從試驗中對木柱糟朽和蟲蛀的模擬方式來看，大多是通過削弱柱子截面來實現(xiàn)，而現(xiàn)實梁柱構(gòu)件的殘損情況不一定是均勻分布于構(gòu)件外表面或構(gòu)件中心，導(dǎo)致試驗構(gòu)件與真實構(gòu)件的殘損情況有所差異，相應(yīng)結(jié)論亦不能準(zhǔn)確地反應(yīng)其真實情況，同時對木材材料性能退化的影響也考慮不足。

3.2 殘損榫卯節(jié)點力學(xué)性能研究

榫卯是中國古建筑的主要結(jié)構(gòu)方式，榫卯節(jié)點根據(jù)木結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)形式和連接部位有不同的類型，如梁柱、梁枋之間的燕尾榫、透榫和半榫，固定柱子的管腳榫、套頂榫和饅頭榫等。已有研究表明，古建筑木結(jié)構(gòu)節(jié)點相對于構(gòu)件的安全儲備不足[23]，是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵因素，因此國內(nèi)外學(xué)者針對節(jié)點與連接構(gòu)件的力學(xué)性能開展了研究。

對于腐朽、蟲蛀等殘損特征，由于無法獲取與古建筑實際節(jié)點一致的模型進(jìn)行原位加載試驗，學(xué)者們一般采用人工老化或人工制造殘損的方法進(jìn)行試驗研究。King等[24]采用鉆孔的方式模擬自然老化后的榫卯節(jié)點，并對其進(jìn)行豎向加載，分析了其抗彎剛度和極限承載力隨節(jié)點老化的變化規(guī)律。謝啟芳[25-26]分別制作了縮尺比例的燕尾榫和直榫節(jié)點模型（圖5），采用改變孔洞大小、深度和疏密來模擬不同程度的蟲蛀和糟朽導(dǎo)致的節(jié)點損傷，并通過擬靜力加載試驗研究其力學(xué)性能，得到殘損節(jié)點的轉(zhuǎn)動彎矩、剛度和耗能能力均低于完好節(jié)點，并且隨著殘損程度的增加而逐漸降低的結(jié)論。劉雁苓[27]基于ABAQUS軟件建立了蟲蛀殘損、壓縮殘損、卯口開裂殘損等14個榫卯節(jié)點殘損模型，分析了殘損節(jié)點的滯回性能、剛度退化性能和耗能能力，發(fā)現(xiàn)蟲蛀和壓縮殘損對節(jié)點峰值荷載影響較大，開裂對峰值荷載影響較小，且木材的殘損使節(jié)點初始剛度退化嚴(yán)重。

圖5 燕尾榫榫頭殘損模型Fig.5 Dovetail joint tenon damage model

除了腐朽、蟲蛀等殘損形式，榫卯節(jié)點在荷載作用下會產(chǎn)生脫榫或松動。鑒于此，研究者分別制作了不同脫榫程度的燕尾榫、直榫和透榫模型，并進(jìn)行靜力加載試驗，通過研究脫榫對木構(gòu)架破壞形態(tài)和承載力的影響，得出節(jié)點初始拔榫量越大，構(gòu)件的承載力越小，跨中變形也越小的結(jié)論[28-30]。薛建陽等[31-32]制作了不同松動程度的透榫和燕尾榫節(jié)點模型，并進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗，研究了節(jié)點松動對木構(gòu)架抗震性能的影響，發(fā)現(xiàn)松動節(jié)點的轉(zhuǎn)動彎矩、剛度和耗能能力均低于完好節(jié)點。于金財[33]利用ABAQUS軟件建立了縫隙位置不同的燕尾榫木構(gòu)架模型，通過水平往復(fù)加載模擬分析了四種模型的滯回曲線、剛度退化性能和耗能能力，分析得到有縫燕尾榫節(jié)點的恢復(fù)力、剛度和耗能能力均低于無縫節(jié)點，且側(cè)縫對木構(gòu)架的影響最大?？道サ萚34]分別建立了有縫隙燕尾榫木構(gòu)架和無縫隙燕尾榫木構(gòu)架有限元模型，分析了榫卯間的豎向縫隙對木構(gòu)架承載性能的影響，說明相同豎向荷載下，有縫隙的燕尾榫木構(gòu)架水平抗側(cè)能力差，水平剛度低。

古建筑木結(jié)構(gòu)榫卯結(jié)構(gòu)的破損可能會導(dǎo)致建筑承載能力降低甚至倒塌，因此對榫卯節(jié)點進(jìn)行加固及修復(fù)顯得尤為重要。郭宇等[35]總結(jié)了扁鋼、馬口鐵和碳纖維布三種木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點加固修復(fù)方法的相關(guān)研究成果，并對三種加固方法進(jìn)行分析，得到扁鋼加固效果最好，其次是碳纖維布加固，最后為馬口鐵加固。石若利等[36]利用ABAQUS軟件建模分析榫卯節(jié)點用6種不同加固方式后，性能的提升情況，結(jié)果表明6種加固方案均能使最大撓度得到有效降低，并且雙側(cè)弧形軟鋼加固對節(jié)點應(yīng)力減少最少。

通過以上對殘損榫卯節(jié)點力學(xué)性能的一系列研究基本得出了一致的結(jié)論。殘損對木構(gòu)件的力學(xué)性能有重要影響，腐朽、蟲蛀、松動或有縫隙的榫卯節(jié)點彎矩、剛度和耗能能力均低于完好節(jié)點，且松動程度或縫隙越大，節(jié)點的抗彎剛度、極限承載力和延性越低。從研究中尚存在的問題來看，目前針對腐朽、蟲蛀等殘損現(xiàn)象的試驗?zāi)M方式多是基于人工鉆孔，而均勻鉆孔的模擬方式與實際木材的殘損形式有所差別，能夠更加合理地模擬節(jié)點糟朽和蟲蛀的試驗方式仍有待研究。同時，已有的對殘損榫卯節(jié)點的有限元模擬分析，多是針對榫卯縫隙，而針對腐朽和蟲蛀的模擬研究則相對較少。

3.3 殘損斗拱節(jié)點力學(xué)性能研究

斗拱是我國古代建筑的特有形制，主要起到將屋架荷載傳給柱架的作用，并具有一定的建筑美學(xué)功能。由于木材具有易開裂、易糟朽、易變形等缺陷，在多維因素作用下，斗拱不可避免地會出現(xiàn)殘損問題，對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成威脅。

周乾等[37]以故宮古建筑斗拱為研究對象，基于故宮斗拱的構(gòu)造和受力特點，對典型殘損問題進(jìn)行了歸納和匯總。陳志勇等[38]基于斗拱的真實構(gòu)造、木材復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系模型和各構(gòu)件間的摩擦接觸關(guān)系模型，建立了應(yīng)縣木塔典型斗拱的有限元模型，分析了其在豎向荷載下的受力性能。薛建陽等[39-40]利用ABAQUS軟件分別對歪閃斗拱模型進(jìn)行了豎向單調(diào)加載數(shù)值模擬和水平向循環(huán)加載數(shù)值模擬，研究了斗拱豎向受力性能和抗震性能，結(jié)果表明，歪閃程度越大，斗拱側(cè)向剛度和耗能能力越小。

為了更好的分析殘損狀態(tài)下斗拱的受力性能，陳九璋等[41]以應(yīng)縣木塔二層頭鋪為研究對象，制作了縮尺斗拱節(jié)點模型，通過人工殘損處理模擬斗拱的殘損，并對模型進(jìn)行豎向加載試驗。試驗結(jié)果表明，豎向荷載下殘損斗拱節(jié)點的破壞形態(tài)和完好斗拱節(jié)點相似，但極限荷載和抗壓剛度都有所下降。謝啟芳等[42]通過人工開槽和打孔的方法模擬斗拱節(jié)點腐朽、蟲蛀和裂縫等殘損狀態(tài)（圖6），對模型進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗，得到了殘損斗拱節(jié)點的破壞形態(tài)、滯回性能、轉(zhuǎn)動剛度及退化規(guī)律。試驗結(jié)果表明，殘損斗拱節(jié)點的滯回環(huán)捏縮效應(yīng)較小，不同殘損的斗拱節(jié)點轉(zhuǎn)動剛度和抵抗彎矩均低于完好節(jié)點，但殘損節(jié)點的耗能能力有所提高，且殘損節(jié)點具有較好的變形能力和延性。

通過以上對殘損斗拱節(jié)點力學(xué)性能的研究可以看出，殘損對于斗拱節(jié)點的承載能力和耗能能力均有影響。此外，基于斗拱在木結(jié)構(gòu)中的承載特點，現(xiàn)有研究多是針對斗拱節(jié)點的豎向受力性能，而對水平力如地震作用下殘損斗拱節(jié)點的力學(xué)性能研究相對較少，對不同殘損特征的斗拱節(jié)點水平向力學(xué)性能分析還需要進(jìn)一步研究。

通過上述對殘損梁柱、殘損榫卯節(jié)點和殘損斗拱節(jié)點的研究可以看出，糟朽和蟲蛀是梁柱構(gòu)件、榫卯節(jié)點和斗拱節(jié)點上最多見的殘損形式，殘損導(dǎo)致構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度和耗能能力均有一定程度的下降，且對結(jié)構(gòu)的安全性能影響較大；木材開裂和縫隙多存在于梁柱構(gòu)件和榫卯節(jié)點中，研究發(fā)現(xiàn)隨著裂縫深度的增加，構(gòu)件承載力和抗側(cè)剛度均呈現(xiàn)下降趨勢；木材的彎曲變形主要出現(xiàn)于木梁中，且殘損深度越深，木梁的抗彎承載力越低。

4 殘損對木結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能影響研究

古建筑木結(jié)構(gòu)在遭遇各種自然因素和人為因素影響下其力學(xué)性能嚴(yán)重退化，為了更好的保護(hù)古建筑，研究殘損對木結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能的影響十分必要。關(guān)于木結(jié)構(gòu)整體的研究主要分為兩類：一類是通過對現(xiàn)存古建筑的實地考察，對古建筑木結(jié)構(gòu)的整體安全性進(jìn)行評判；另一類是按照一定比例尺建設(shè)古建筑木結(jié)構(gòu)模型，通過實驗室加載試驗的方式和有限元仿真模擬的方式對整體木構(gòu)架模型進(jìn)行力學(xué)性能研究。

現(xiàn)存古建筑木結(jié)構(gòu)經(jīng)受了多次強(qiáng)烈地震影響和人為破壞，變形及結(jié)構(gòu)損壞日益嚴(yán)重。應(yīng)縣木塔是我國保存完好的唯一木結(jié)構(gòu)樓閣式寶塔，對其現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)、受力、變形和殘損狀況進(jìn)行系統(tǒng)化的分析和評估一直是學(xué)者們關(guān)注的重要問題。李鐵英等[43-45]根據(jù)現(xiàn)場實測，對應(yīng)縣木塔的構(gòu)件損傷和整體變形情況進(jìn)行了分析，劃分了可靠性等級，發(fā)現(xiàn)三層以下的損壞比上層的損害要嚴(yán)重，并對一個斗拱層間模型進(jìn)行動力試驗，得到結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，提出了評價木結(jié)構(gòu)的雙參數(shù)破壞模型，并把測得的層間位移與震害等級聯(lián)系在一起。同時，針對應(yīng)縣木塔現(xiàn)狀，提出了相應(yīng)的加固建議。李順時[46]采用YJK工程軟件建立應(yīng)縣木塔的殘損仿真模型，進(jìn)行重力工況、風(fēng)載工況、地震工況下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)仿真模擬，分析結(jié)果認(rèn)為現(xiàn)狀殘損的木塔二層明層外糟西面偏南角柱，在長期自重作用下會傾斜失效，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌，需要進(jìn)行相應(yīng)的維修加固。王玨[47]通過建立整體傾斜的應(yīng)縣木塔模型，并進(jìn)行張拉復(fù)位模擬分析，得出在張拉復(fù)位過程中各層柱的最大應(yīng)力值比木塔在自重作用下的應(yīng)力值大，且整體張拉比分層張拉時應(yīng)力有所增加。飛云樓享有“天下第一木樓”的美譽(yù)，是國家重點保護(hù)文物，因年久失修存在嚴(yán)重的安全隱患。喬冠峰和李鐵英[48-49]通過對飛云樓古木樓閣構(gòu)件殘損狀況的調(diào)查，對各構(gòu)件典型殘損現(xiàn)狀進(jìn)行評價，并根據(jù)現(xiàn)狀提出了可施行的修繕方案。高延安等[50]對環(huán)境激勵下飛云樓的動力反應(yīng)特性進(jìn)行加速度響應(yīng)測試，并用改進(jìn)的SSI分析飛云樓的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)飛云樓的結(jié)構(gòu)剛度較弱，自振頻率較低，且在動力荷載下更容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。

現(xiàn)有針對整體木結(jié)構(gòu)的研究大多是通過建立縮尺模型進(jìn)行整體木構(gòu)架的模擬試驗。隋?等[51]對殿堂式木結(jié)構(gòu)縮尺模型進(jìn)行振動臺試驗，發(fā)現(xiàn)模型的自振周期和阻尼比隨地震加速度的增強(qiáng)而增大，且柱架榫卯節(jié)點的耗能能力最強(qiáng)，在模型的耗能減震中起著主要作用。宋曉濱等[52]對縮尺比例的木塔模型進(jìn)行振動臺試驗，考慮了7 度多遇至8 度罕遇烈度水平的地震作用，并分析了結(jié)構(gòu)的動力特性，發(fā)現(xiàn)7 度基本地震作用下，僅在局部斗拱處發(fā)生橫紋劈裂和梁柱榫卯節(jié)點輕微拔榫，其余構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)明顯破壞，說明傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。對于殘損木結(jié)構(gòu)整體性能的研究，薛建陽等[53]建立了宋代殿堂式木結(jié)構(gòu)心間殘損縮尺模型，并用碳纖維布加固，進(jìn)行振動臺試驗后發(fā)現(xiàn)加固后模型的自振周期和阻尼比均增大，且加固后結(jié)構(gòu)仍具有良好的耗能減震能力。

通過以上對整體木構(gòu)架的一系列研究可以看出，殘損對現(xiàn)存古建筑木結(jié)構(gòu)的影響較大，為了更好的對古建筑進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘅樇庸淌鞘直匾?。而目前針對整體木構(gòu)架的研究多為縮尺比例的振動臺試驗，且對殘損條件下整體木構(gòu)架力學(xué)性能影響的研究較少，還需要進(jìn)一步的深入研究。

5 結(jié)語

國內(nèi)外專家對殘損古建筑木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的擬靜力試驗、振動臺試驗和有限元模擬研究，在殘損梁柱、殘損榫卯節(jié)點和殘損斗拱節(jié)點的力學(xué)性能研究方面取得了許多成果，為古建筑木結(jié)構(gòu)的保護(hù)和修繕提供了重要的參考依據(jù)。結(jié)合目前的研究進(jìn)展，以下幾個方面仍需要重點關(guān)注：

1）雖然針對殘損條件下的古建筑木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能開展了大量研究，但由于古建筑木結(jié)構(gòu)自身體系的復(fù)雜性和材料的特殊性，特別是隨著時間的推移，古建筑木結(jié)構(gòu)在使用過程中仍面臨進(jìn)一步殘損的威脅，因此殘損古建筑木結(jié)構(gòu)的安全性能評價需要重點關(guān)注。

2）在既有殘損試驗研究方面，對于殘損構(gòu)件多為利用新木材制作，并通過打孔、削弱截面等方式來模擬木材損傷，這與現(xiàn)實中古建筑木構(gòu)件的材料性能退化和殘損情況存在不同，導(dǎo)致人工模擬效果與現(xiàn)實情況存在差異。因此，需要在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確節(jié)點腐朽、梁柱糟朽與蟲蛀等殘損問題的分布規(guī)律和影響機(jī)制，建立符合實際情況的古建筑木構(gòu)架殘損試驗?zāi)Ｐ汀?/p>

3）梁柱構(gòu)件是古建筑木結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，除承受上部傳來的豎向作用力外還承擔(dān)著抵御水平荷載的作用。目前針對殘損梁柱的試驗研究多為靜力試驗，難以全面地反映出殘損木結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要進(jìn)一步開展反映殘損梁柱抗震性能的擬靜力試驗及動力試驗研究。

4）殘損是影響古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素，目前針對殘損的研究多集中在節(jié)點和構(gòu)件上，且大多以單個節(jié)點或單榀平面框架為研究對象，而對木構(gòu)架整體力學(xué)性能的研究較少，因此應(yīng)在加強(qiáng)對殘損節(jié)點和構(gòu)件的力學(xué)性能研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究殘損構(gòu)件對木構(gòu)架空間結(jié)構(gòu)整體性能的影響。