古建筑榫卯節點抗震加固數值模擬研究

周 乾,閆維明

(1.北京工業大學 工程抗震與結構診治北京市重點實驗室,北京100124;2.故宮博物院,北京 100009)

0 前 言

我國的古建筑以木結構為主,梁與柱采用榫卯形式連接,具有重要的歷史及文化價值。在地震作用下,榫卯之間的反復相對運動使得梁柱連接產生松動,古建筑容易產生節點拔榫,使得柱頭傾斜歪閃,從而很可能導致結構產生失穩破壞。因此,古建筑榫卯節點的抗震加固是一項非常重要的工作。關于古建筑榫卯節點的加固方法,一般有鐵件加固法、扁鋼加固法、CFRP加固法及馬口鐵加固法等[1～4]。從現有的研究成果看,目前關于古建筑榫卯節點震害分析及抗震加固相關的研究以文字說明及試驗為主,鮮有具體的有限元分析。

位于四川省劍閣縣覺苑寺內的大雄寶殿是一座始建于唐代的木結構古建筑,尺寸為15.95m×13.11 m×11 m(長×寬×高),在2008年汶川地震中受到了一定程度的破壞,震后相關資料見圖1所示。為保護古建筑,本文將以大雄寶殿震害為例,采用數值模擬方法,分析該古建筑部分柱頭產生嚴重傾斜的原因及與節點拔榫的關系,提出采用鐵件加固雙步梁榫卯節點的思路,建立結構有限元模型,研究榫卯節點加固前后結構的動力特性及地震反應狀況,并對加固后的結構進行抗震性能分析,結果將為古建筑榫卯節點抗震加固提供理論參考。

1 震害及加固方案

經勘查,汶川地震造成的大雄寶殿的主要震害表現為前后檐穿插枋、雙步梁拔榫及榫卯節點位置柱頭嚴重傾斜(最大值達到0.18 m),見圖2所示。……