基于有限元方法的广西侗族风雨桥承载性能分析与保护研究

发布时间：2020-06-24 22:19

【摘要】：侗族是我国具有独特文化特征的民族之一,其过去居住在较为偏僻的地区,在古代与中原文明接触的不多,历史上也几无遭受过大规模战乱的影响,因而其民族文化传承得非常完整,许多艺术价值极高的侗族古建筑也得以流传至今,特别是侗族风雨桥和鼓楼,不仅蕴含着丰富的文化艺术价值,而且体现了极高的技术价值,这是在侗族千百年来的生活习俗、历史发展、文化艺术、经济科技、宗教信仰等因素的共同作用下才形成的建筑瑰宝。目前,侗族村寨建筑正在申请联合国世界文化遗产,由于仍有部分侗族地区交通不太方便,外界对侗族的了解不多,加之部分侗族古建筑年久失修,如何更好的向外界阐述侗族古建筑所包涵的文化价值、科研价值,如何更好的保护侗族古建筑,已成为当今迫切需要解决的问题之一。本文第一、二章结合侗族历史和传统文化,探讨了侗族居住地区的自然环境和侗族社会的人文环境对风雨桥组成元素和建造技术的影响,挖掘、整理并还原了传统风雨桥的建造工艺流程,旨在宣传侗族建筑所蕴含的文化、艺术以及技术,同时为有限元分析提供基础。第三、四章在前文的基础上,在Abaqus系统中对侗族风雨桥建立1:1模型,并采用有限元分析方法进行了分析研究,得出桥廊顶部每个梁柱组荷载极限为1吨的结论,为此建议应及时清理堆积在桥廊、桥塔等顶部瓦片上的杂物,维持每个梁柱组荷载1吨;梁柱榫卯结构具有抵抗地震位移的良好特性,其抵抗柱底水平位移极限距离为30mm,为此在对廊柱进行加固保护时,应约束榫卯节点之间相对位移的距离、保证榫卯之间可以充分转动和摩擦、榫卯接口处的木材应防水防晒防腐朽;桥面的桥梁荷载极限为24.96吨(≈278名成人体重)为此应限制两桥墩之间桥面上人数在200名以内;两桥墩中间的梁、桥板对车辆的承载极限重量为1.32吨,为此应将单个通行车辆的总重量限制在1.3吨以内;除了杉木质地的程阳风雨桥之外,还建立了结构尺寸相同的松木质地模型进行有限元分析,旨在通过模拟测试风雨桥承载能力极限,寻找确定侗族风雨桥部件易受损的位置,并据此为保护风雨桥提出相应建议,同时为强化风雨桥交通安全提供一组管理数据,并对我国北方以松木较多的地区建立侗族民俗公园等含有风雨桥建筑的项目提供数据支持。其中有限元分析是本论文的重点。本文的分析及结论,对文物保护单位和相关工程技术人员有重要的参考价值,亦可为侗族建筑申请联合国世界文化遗产提供相关理论上的支持。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441;U445.7;TB115
【图文】：

风雨桥,三江,侗族,桥门

第二章风雨桥现状、营造工艺和结构分析§2.1 风雨桥桥名及现存状态风雨桥是侗族人民为生活、劳作、“保风水”、“改善风水”等建造的跨河桥梁桥面上建有可为行人遮风避雨的桥廊和桥亭，故被称为风雨桥。早期的研究者基族先民建造风雨桥的初衷是为了保风水、保佑族民安居幸福的缘由[13]，直接将其“风水桥”或称福桥，因这种称呼含有迷信意义，现已不再使用；又有学者基于桥的桥面两侧安装有栏杆（可作为凳子的靠背）和坐凳，可供人们舒适地歇息乘凉称之为“凉桥”，因这种称呼不能表达桥的特色，也已不再使用；现在人们把建廊的桥统称为风雨桥。原本的侗族人仅以村寨的名字命名桥名，如某个村寨附近就被叫做某某村寨的桥（侗语“桥”读“jie”），后来受汉语的影响，当地人也始以吉祥字、图腾、地名命名桥名，例如“回龙桥”、“合龙桥”、“普济桥”西三江县境内的风雨桥被称作“三江风雨桥”等等，如图 2-1 所示。

侗族,自治区,风雨桥,桥廊

建有美丽壮观的廊桥、楼亭等，五个桥墩正上方建有宝塔形桥亭或宫殿形的桥亭。整座桥、亭、廊相连，浑然一体、雄伟壮观。有人将其与中国的石拱赵州桥、铁索泸定桥、罗马尼亚的钢梁诺娃上沃桥并称为世界四座历史名桥；国内最短的风雨桥—浙江新昌县东南的三坑村风雨桥，该桥重建于清朝嘉庆十九年（即 1814 年），桥长仅 16.米，宽 4.78 米，河底至桥廊檐高 8.13 米，为木拱桥，虽然该桥总体不长，但桥面上仍建造有供行人避雨、乘凉和休息的桥廊；解放以前最长的风雨桥—湖南省芷江县的龙津风雨桥，该桥始建于明代万历十九年（即 1591 年），于 1999 年初再次动工重修桥全长 146.7 米，宽 12.2 米，亭最高 17.99 米，其中人行道宽 5.8 米，长廊两侧建有厢房式店铺 94 间；目前最长的风雨桥—广西柳州三江风雨桥，该桥始建于 2008年，于 2010 年 12 月竣工，桥全长 368 米，宽 16 米，最高处达 18 米，有两排桥廊两桥廊之间可以通行汽车，该桥桥墩和桥面由钢筋混凝土制作，桥廊、桥塔、桥亭为木结构；⑤已知最早建造的风雨桥—福建省福鼎市管阳镇西阳村的风雨桥，明正德年间(即 1506—1521 年)建造，至今约 500 年，因是明代当地民众为纪念邱阜老人（常为人排解纷争）而建，故又称老人桥，桥长 30.4 米，宽 4.8 米，高 8.0 米，该桥另一个特点是它的木结构拱梁且拱经 25.2 米，横跨溪潭，规模壮观，至今保留完好。

【参考文献】