古建筑木结构的主要地震破坏形态及抗震加固方法,古建筑论文

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  3古建筑木结构抗震加固研究  由于木材资源的缺乏以及我国保护文物的政策性要求,不可能大面积的采用替换新材的方法来修缮和改造破坏的木结构古建筑.因此,科学合理的修缮加固成为今后古建筑木结构迫在眉睫的问题.针对以上对木结构古建筑的破坏形式及破坏原因的分析,根据古建筑木结构的构造特点并结合古建筑木结构修缮加固的保护原则,系统归纳总结了适宜于木结构古建筑加固补强技术的加固修缮方法.  地基基础的加固  加固地基基础就是为了防止由于地基基础的破坏而导致上部结构的破坏,使地基基础经加固之后尽量恢复其原来的平整状态,并保证具有足够的承压能力,以延长现存古建筑的使用寿命,这是保护现存木结构古建筑的重要措施之一.  (1)对于建在山顶或者山下的古建筑,可以采用石砌护坡或挡土墙的方法来修缮加固,这样可以稳定处于山顶的古建筑周围的地基,避免处于山脚下古建筑因滑坡等引起的建筑物破坏;当附近地下有空穴或局部塌陷时,可以采用土方开挖碎石回填或灌浆的补救方法.  (2)相对来说,修建合理的排水设施是一种间接的加固古建筑地基基础的方法.在古建筑周围使用明水沟排水方法,一方面能够防止大量的潴水渗透到基础下面,避免在古建筑周围形成潦水,防止地基基础变形的进一步扩大,另一方面,明水沟的使用便于检修,一旦发生堵塞,能够很快解决.  (3)对于台基砌体的修缮加固,对严重酥碱、风化严重、有裂缝的砌块和条石拆下,在新旧砖层间加铺钢筋网,并用钢筋勾拉结,缝隙进行灌浆加固,随砌随灌,加强新旧砌体的整体性能.对于础石移位或破碎的加固,可以在础石周围可加砌纵横向龙骨撑墙,防止础石移位,采用整体顶升更换础石的方法.  (4)对于因周围施工导致地基承载力下降或不足的古建筑地基基础可以采用打桩(木桩或者混凝土桩)加固的方法挤紧地基土,提高地基的承载能力,从而防止基础的不均匀沉降.  上部结构的加固  (1)木材的预防性加固  对于遭受真菌以及虫害的木材,可以采用化学药剂的处理方法来增强木材的稳定性和抗虫害能力;对于木材的腐朽,应涂防朽剂增强抗腐朽能力,并保证通风干燥.  (2)构件的加固  对于构件的裂缝,不管裂缝的大小,首要的是要清除缝中的积存物,当裂缝宽度很大(大于30mm)影响结构受力性能时时,应对开裂构件采用FRP纤维布或铁箍箍进行加固,以恢复或提高构件的自身刚度和强度.当结构构件的破坏程度非常严重时,构件不足以提供结构所需要的承载力,可用新制作的构件替换原件,但应采取一定的措施(如施加预应力等)以保证新旧木材的变形协调.  对于构件的腐朽,当只有表层木材腐朽,而内部材料完好时且尚能满足承载能力的需求时,将腐朽部分剔除干净,并经表面清净和防腐处理后,依原样和原尺寸采用干燥木材和耐水性胶粘剂修补整齐;当木材腐朽严重时,尤其是柱根部分木材的腐朽对结构性能影响较大,一般采用墩接加固法(如图22所示)将新旧材料粘结到一块,并采用铁箍或FRP纤维布对墩接处加箍处理,加强新旧材料的协同工作性能.  对于额枋的弯曲变形,主要有三种加固方式.当变形不大时,可以在额枋的受拉区采用粘贴FRP纤维布,使之与额枋共同受荷,充分发挥纤维材料抗拉性能好的优点;当额枋的下垂挠度较大,超过允许挠度时,可以采用支顶加固法来改善额枋的内力分布情况,提高抗弯承载力;当额枋的挠度过大导致断裂或者不足以承担上部荷载时,为了不改变结构的受力性能以及施工方便,可以不拆除原构件的前提下在原有额枋的下部采用工字钢梁加固.对于额枋支座两端的裂缝,可以通过纤维布环箍受剪区或采用钢雀替加大支座支承面积来提高额枋的抗剪承载力.  对于枓栱,由于结构比较复杂,所以针对不同的破坏情况采用不同的修补方法.当枓、栱或昂发生劈裂且能对齐的,可采用粘结剂粘牢后继续使用,断裂不能对齐或腐朽不能继续使用的应更换,压扁的枓可以采用硬木薄板补齐.  (3)节点的加固  对于榫卯节点的加固,主要有以下几种方法:将节点区域的外表面用丙酮清洗干净,然后用FRP纤维布(如图23所示)沿梁的纵向包住节点区域,并在梁端加一到两道环形纤维布箍住,防止纤维布与木材界面发生开裂,用耐水性粘结剂将纤维布与木材粘牢;当榫头由于腐朽发生破坏时,应将腐朽部分凿掉,然后将新木块嵌入卯口,并用粘结剂粘牢;还可以用扒钉直接固定、扁钢外包并用螺栓固定(如图24所示)或角钢对节点进行附加支撑,为了避免对截面的破坏,文献[8]采用新型的加固装置(如图25所示)对中间跨榫卯节点进行加固.  (4)围护结构的加固  对于木结构古建筑围护墙体,能不拆除应尽量不拆除,为了保存其原貌,只需要将酥碱严重的墙体拆除补砌.可采用压力灌浆或喷浆的加固方法来提高墙体的强度.为降低地震作用的破坏,应减轻墙体的自重,用砖墙或轻质高强的新型木墙代替土坯墙,使用钢筋或铅丝将墙体与柱架拉结,使两者能较好的协同工作,增强结构的整体稳定性.  对于风化严重的琉璃瓦应重新更换,松动的瓦件,可增加瓦面上纵向的瓦钉,或采用灰浆并放少量的粘结剂将瓦件重新固定,及时对屋顶的杂草进行清除,对漏水部位采用青灰背进行维修.  (5)整体结构加固  当柱架倾斜、发生扭转或者拔榫比较严重时,采用加固构件已不能满足结构的承载力需求,在不拆落木构架的情况下,可采用打牮拨正法,对个别残损严重的构件进行更换或者其它修补加固措施[9].对残损严重且需要全部或局部拆除的古建筑,应采用落架大修对每个残损构件逐个修整,更换严重残损的构件,再重新安装,并进行加固.  对于础石移位的情况,可以将础石周围采用石砌块、混凝土固住或柱基之间可加砌纵横向龙骨撑墙,防止由于础石的移位造成结构丧失稳定性.  4结语  本文主要通过对现存古建筑木结构的震后现状调查,系统归纳总结了现存古建筑木结构的主要震害破坏形态,并提出了相应的加固方法,为古建筑木结构的修缮加固研究提供参考依据.  参考文献  [1]薛建阳,张风亮,赵鸿铁,等.碳纤维布加固古建筑木结构模型振动台试验研究[J].土木工程学报,2012,45(11):,ZhangFengliang,ZhaoHongtie,[J].ChinaCivilEngi-neeringJournal,2012,45(11):95-104.(inChinese)  [2]谢启芳,薛建阳,赵鸿铁.汶川地震中古建筑的震害调查与启示[J].建筑结构学报,2010,31(S2):,XueJianyang,anearthquake[J].JournalofBuildingStructures,2010,31(S2):18-23.(inChinese)  [3]余志祥,赵世春,潘毅,等.青城山上清宫门楼古建筑震害机理分析与研究[J].四川大学学报(工程科学版),2010,45(5):,ZHAOShichun,PANYi,ngMountain[J].JournalofSichuanuniversity(EngineeringScienceEdition),2010,45(5):292-296.(inChinese)  [4]林森,杨恩伟,曲燕广.浅谈古建筑木结构材性研究[J].科技风,2011,24(5):138-139.  [5]赵怡元.古建筑基础的加固[J].文博,1985,(3):76-80.  [6]李铁英,秦慧敏.应县木塔现状结构残损分析及修缮探讨[J].工程力学,2005,22(S1):,[J].EngineeringMechanics,2005,22(S1):199-212.(inChinese)  [7]张承佑.古建筑震害及一般补强加固措施[J].工程抗震与加固改造,1981,3(4):1-9.  [8]周乾,闫维明,李振宝,等.用于古建筑木结构中间跨榫卯节点的加固装置:中国,[P].,YanWeiwen,LiZhenbao,ientwoodenbuilding:China,[P].2010-04-21.(inChinese)  [9]古建筑木结构维护与加固技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,dings[S].Beijing:ChinaArchitectureandBuildingPress,1992.(inChinese)。