基于力学试验和无损检测的古建筑杉木构件材料性能研究

发布时间：2020-11-13 17:19

　　 针对古建筑木结构材料性能研究的测定方法,中国GB,日本JIS以及美国ASTM均采用无疵小试样,但其测定的各项力学性能结果均大于实际构件的相应数值,无法准确评估足尺古建木结构力学性能,因此有必要采用原木足尺构件对古建筑木结构的材料性能进行研究。本文以扬州民居修缮工程拆卸下来的距今约50-100年的杉木构件为试验材料,通过应力波、超声波和皮罗钉等无损检测方法以及标准小试件的物理力学试验和原木足尺力学试验,从构件角度研究古建筑木结构材料性能的变化规律,探索无损检测和标准小试件试验与构件实际物理力学性质之间的关系,为实现无损检测定量化评价提供参考,为古建木构的状态评估、安全极限与性能保持提供科学依据。结果表明:(1)木构件材料性能沿径向存在明显差异。新杉木构件由外向髓心的密度、顺纹抗压强度、弹性模量均减小10%以上,旧杉木构件由外向髓心的密度、顺纹抗压强度基本保持不变,弹性模量减小6.00%-16.25%。因此采用小试样进行研究时,样本沿径向截取位置对评价旧木材料性能有影响,有必要对构件沿径向区分边材和心材,研究其材料性能的变化规律:旧杉木构件心材的密度、顺纹抗压强度及弹性模量、无损检测动弹性模量等性能增大9.31%-19.47%,而边材的相关性能减小或基本保持不变,表面木质软化。(2)标准小试件测试方法评价旧木材性的变化规律与原木构件测试方法存在明显差异。标准小试件测试结果显示旧杉木顺纹受压强度增大7.47%,顺纹受压弹性模量基本保持不变。原木构件测试结果显示旧杉木顺纹受压强度减小23.40%,顺纹受压弹性模量减小8.60%,性能明显降低。杉木构件的材料强度可以通过小试件材料强度乘以一定的折减因子得到。(3)无损检测结果受构件材料性能影响显著。应力波检测的传播速度与构件的含水率显著相关。超声波检测的动弹性模量与构件的密度、小试件顺纹受压强度及弹性模量显著相关。皮罗钉检测的探针打入深度与构件的含水率、原木足尺抗压强度、小试件顺纹受压强度及弹性模量显著相关。在大量试验基础上,构件的材料性能可以通过无损检测结果换算得到,进而实现无损检测的定量化。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU366.2
【部分图文】：

交通大学负责的山西省万荣东岳庙飞云楼现场勘测、监测与力学性能研究项目，??对飞云楼的损伤普查报告表明？．飞云楼木构普遍存在柱身开裂、腐朽、虫蛀等材??性劣化的问题［４Ｈ５１，如图１－２所示。通过研宄木材作为结构材长期使用后物理力学??性质的变化，能够为古建筑木结构的状态评估、安全极限与性能保持提供科学依??据。??圓??ａ）柱身开裂?ｂ）柱身糟朽?ｃ）孔洞??ａ）?Ｐｉｌｌａｒ?ｃｒａｃｋｉｎｇ?ｂ）?Ｐｉｌｌａｒ?ｄｅｃａｄｅｎｔ?ｃ）?Ｈｏｌｅ??图１－２飞云楼木构损伤??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄａｍａｇｅ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｆｅｉｙｕｎ?ｐａｖｉｌｉｏｎ??但是目前关于古建木构材性的研宄，对木材的测定方法，无论是我国的国家??标准，还是日本的ＪＩＳ、美国的ＡＳＴＭ等，它们都有一个共同的特点：试样都不能??存在应力木、腐朽、木节、斜纹理、裂纹、脆心材等缺陷，即必须为无疵小试样。??对于比重、干缩湿胀等物理性质，这种无疵小试样测出的结果与实际使用的大尺??２??

破坏形式也主要表现为受压破坏，是修缮时常见的问题［３８］，所以本文对木构件材??料的力学性质重点研究受压性能，特别是旧木材的顺纹受压性能文献结果，如表??１－２所示，旧木材的顺纹受压强度变化值如图１－３所示。??６。。％旧木材顺纹受压强度变化值／?％??５０．０％?；??４０．０％?＂??３０．０％?－??２０．０％?ｊ?｜｜｜??１０．０％?Ｉ?｜?ｉｌｌ?｜?Ｉ??。。｜?＊?Ｉ?『｜?ｆ?ｆｆ??－３０．０％??－４０．０％?－??＇５〇〇％?１?使用时间／年??图１－３旧木材的顺纹受压强度变化值??Ｆｉｇ．?１－３?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｉｎＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ?ｃｏｍｐｒｅｓｓ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｆ?ａｇｅｄ?ｗｏｏｄ??图１－３中，统计了?２０篇文献中的旧木顺纹受压强度结果，旧木使用时间５０－１８００??年不等，共有４３组数据。其中，有２０组数据的顺纹受压强度减小，占总数据的??４６．５％，有２１组数据的顺纹受压强度增大，占总数据的４８．８％，有２组数据的顺纹??受压强度变化值小于５％，视为顺纹受压强度保持不变，占总数据的４．７％。由此可??见，文献中旧木材顺纹受压强度增大或减小的数据各占一半，研宄结果并不统一。??日本学者Ｋｏｈａｒａ［ＩＱＨ１４］的研宄中，使用了?３５０－１３００年的扁柏顺纹受压强度增??大３２．０％－５１．９％，而２４０－６５０年的榉木顺纹受压强度绝大多数低于新木，减小幅度??为７．６％－３５．７％。同样在日本学者ＨｉｒａＳｈｉｍａ［２４Ｈ２６】的研宄结果中

２．１试验材料??２．１．１试材采集??本研宄选取的木材是杉木，常见于我国南方地区的木结构古建筑，如图２－１??所示。材料选取两种：旧杉木构件３根，材料来源于扬州古旧民居构件，距今约??５０－１００年，木材有局部腐朽；杉木新材２根，材料来源于扬州槐泗木材市场，目??的是为了与旧木材的力学性能进行对比试验。??．一—??屬?ｃ：：??图２－１旧木材及新木材??Ｆｉｇ．?２－１?Ａｇｅｄ?ｗｏｏｄ?ａｎｄ?ｆｒｅｓｈ?ｗｏｏｄ??１１??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 高子震;王正;;无损检测技术在木材中的应用与研究现状[J];木工机床;2014年04期

2 徐明刚;邱洪兴;;古建筑旧木材材料性能试验研究[J];工程抗震与加固改造;2011年04期

3 王凤清;徐利龙;;木材无损检测技术的应用研究综述[J];黑龙江生态工程职业学院学报;2011年04期

4 黄荣凤;伍艳梅;李华;刘秀英;;古建筑旧木材腐朽状况皮罗钉检测结果的定量分析[J];林业科学;2010年10期

5 杨洋;申世杰;;木材无损检测技术研究历史、现状和展望[J];科技导报;2010年14期

6 姜忠华;申世杰;翟志文;许小芳;;木材无损检测的现状与发展趋势[J];林业机械与木工设备;2010年02期

7 徐明刚;邱洪兴;;古建筑木结构老化问题研究新思路[J];工程抗震与加固改造;2009年02期

8 尚大军;段新芳;杨中平;王平;周冠武;;西藏部分古建筑腐朽与虫蛀木构件的PILODYN无损检测研究[J];林业科技;2007年05期

9 张晓芳;李华;刘秀英;张双保;黄荣凤;;木材阻力仪检测技术的应用[J];木材工业;2007年02期

10 嵇伟兵;马灵飞;;利用超声波检测杉木抗弯弹性模量[J];浙江林业科技;2006年03期

相关硕士学位论文 前6条

1 王晓丽;古建木结构承重构件残损状态快速普查及鉴定方法研究[D];北京交通大学;2017年

2 高悦文;古木材性退化人工模拟及其损伤本构模型的研究[D];扬州大学;2016年

3 曹鹏;古建木构架纠偏复位工艺技术体系的研究[D];扬州大学;2015年

4 刘铁男;基于超声波活立木内部腐朽衰减成像的研究[D];东北林业大学;2010年

5 张晓芳;阻力仪在古建筑木构件勘查中的应用研究[D];北京林业大学;2007年

6 王晓欢;古建筑旧木材材性变化及其无损检测研究[D];内蒙古农业大学;2006年

本文编号：2882431