CN104165795A - 一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，属于木材科学与工程技术领域。对古建筑的标准小试件进行物理力学性能测试，得到标准小试件的微钻阻力值平均值、应力波传播波速和抗弯强度，以此为独立变量，对上述抗弯强度进行回归分析，得到拟合参数值，通过现场检测，获取待测古建筑木梁的非破坏性检测数据，将非破坏性检测数据代入到回归方程中，得到与每个区间相对应的抗弯强度，进而得到整个古建筑木梁的抗弯承载力。本发明方法能够准确、有效并定量地计算古建筑足尺木梁的剩余抗弯承载力，测定结果可以为古建筑的木结构保护和修缮方案的制定提供可靠的数据支持。

Description

一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法

技术领域

本发明涉及一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，属于木材科学与工程技术领域。

背景技术

目前，由于非破坏性阻力仪和应力波测试设备的可携带性、检测范围适用性和可操作性，而被广泛应用于古建筑木梁的剩余力学性能检测和勘查等方面。但也存在这一定的局限性，存在以下几个问题：(1)破坏性试验的开展。由于古建筑的文物属性，可供用于足尺木梁力学性能测试的原材料十分有限，导致往往仅依靠非破坏性阻力仪测试和应力波测试来定性地评价古建筑足尺木梁的剩余抗弯承载力，无法做到定量评估。(2)多个单元区间的划分。对于古建筑木梁，往往采用单区间的应力波测试和阻抗仪测试结果来进行古建筑木梁的力学性能评价，即沿足尺木梁纵向仅包含一对应力波测试点，或取足尺木梁横截面高度上的阻力值平均值代表整个木梁的阻力值，导致单区间预测结果与足尺木梁的实际密度、弹性模量和承载力之间存在较大误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，以克服已有技术的不足之处，提出新的古建筑足尺木梁的剩余抗弯承载力评定方法，以准确、定量地评估古建筑中足尺木梁的剩余抗弯承载力。

本发明提出的古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，包括以下步骤：

(1)将待测古建筑被替换的残损木构件加工成标准小试件，标准小试件的尺寸为20×20×300mm，对标准小试件进行物理力学性能测试，得到标准小试件的微钻阻力值平均值F、应力波传播波速v和抗弯强度f；

(2)以上述微钻阻力值和应力波传播波速为独立变量，对上述抗弯强度进行回归分析，得到拟合参数值C、D：f＝C+DFv²；

(3)通过现场检测，获取待测古建筑木梁的非破坏性检测数据，具体过程如下：

(3-1)沿待测古建筑木构件的表面纵向布置k对测试点，分别测试应力波沿每对测试点路径方向的应力波传播波速，取k对测试点的应力波传播波速的平均值，作为待测古建筑木构件的应力波传播波速v₁；

(3-2)将待测古建筑木梁的横截面沿高度方向划分为2n+1个区间，每个区间的高度记为h_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)，每个区间的面积记为A_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)；

(3-3)测定待测古建筑木梁沿高度方向的微钻阻力值曲线，将微钻阻力值曲线划分为2n+1个区间，根据每个区间的阻力值曲线得到该区间的平均阻力值，记为F_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)；

(4)将步骤(3)得到的应力波传播波速v₁、区间平均阻力值F_i代入到步骤(2)的回归方程中，得到与每个区间相对应的抗弯强度fi(i＝1,2,……,2n,2n+1)：f_i＝A+BF_iv₁ ²；

(5)根据步骤(3)得到的区间面积A_i和步骤(4)得到的区间抗弯强度f_i，对古建筑木梁的中性轴位置进行确定：

若下式成立，则古建筑木梁的中性轴位于第k+1个高度区间的中心处；

(6)记步骤(3)得到的每个区间的高度中心至古建筑木梁的中性轴的垂直距离为H_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)，整个古建筑木梁的抗弯承载力为：

本发明提出的古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，其优点是，本发明测定方法利用建立的基础数据库和现场的非破坏性检测来计算古建筑足尺木梁的剩余抗弯承载力。本方法首先对古建筑的标准小试件进行非破坏性应力波测试、阻抗仪测试和破坏性的抗弯强度测试，建立基础数据库，以数据库中的大量数据为依据，比已有技术中的单独依靠非破坏性检测结果的测量准确性高；本发明方法在现场的测试操作简便且快速，仅涉及到非破坏性的微损阻抗仪测试和无损应力波测试，因此有利于对古建筑的保护；本发明方法将古建筑足尺木梁的横截面划分为多个单元区间，分别计算每个单元区间的抗弯强度，能够准确、有效并定量地计算古建筑足尺木梁的剩余抗弯承载力。本发明测定方法得到的结果可以为古建筑木结构保护和修缮方案的制定提供可靠的数据支持。

附图说明

图1是本发明方法中涉及的沿待测古建筑木构件的表面布置的纵向k对测试点的示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

本发明提出的古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，包括以下步骤：

(1)将待测古建筑被替换的残损木构件加工成标准小试件，标准小试件的尺寸为20×20×300mm，对标准小试件进行物理力学性能测试，得到标准小试件的微钻阻力值平均值F、应力波传播波速v和抗弯强度f；

(2)以上述微钻阻力值和应力波传播波速为独立变量，对上述抗弯强度进行回归分析，得到拟合参数值C、D：f＝C+DFv²，本发明的一个实施例中，拟合参数值C＝17.375、D＝20.936：f＝17.375+20.936Fv²；

(3)通过现场检测，获取待测古建筑木梁的非破坏性检测数据，具体过程如下：

(3-1)沿待测古建筑木构件的表面纵向布置k对测试点，如图1所示，分别测试应力波沿每对测试点路径方向的应力波传播波速，取k对测试点的应力波传播波速的平均值，作为待测古建筑木构件的应力波传播波速v₁；

(3-2)将待测古建筑木梁的横截面沿高度方向划分为2n+1个区间，如图2所示，每个区间的高度记为h_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)，每个区间的面积记为A_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)；

(3-3)测定待测古建筑木梁沿高度方向的微钻阻力值曲线，将微钻阻力值曲线划分为2n+1个区间，根据每个区间的阻力值曲线得到该区间的平均阻力值，记为F_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)；

(4)将步骤(3)得到的应力波传播波速v₁、区间平均阻力值F_i代入到步骤(2)的回归方程中，得到与每个区间相对应的抗弯强度fi(i＝1,2,……,2n,2n+1)：f_i＝A+BF_iv₁ ²，设fi＝7，f_i＝17.375+20.936F_iv₁ ²；

(5)根据步骤(3)得到的区间面积A_i和步骤(4)得到的区间抗弯强度f_i，对古建筑木梁的中性轴位置进行确定：

若下式成立，则古建筑木梁的中性轴位于第k+1个高度区间的中心处；

(6)记步骤(3)得到的每个区间的高度中心至古建筑木梁的中性轴的垂直距离为H_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)，整个古建筑木梁的抗弯承载力为：若i＝7，则整个古建筑木梁的抗弯承载力为30千牛。

Claims (1)

1.一种古建筑木梁的剩余抗弯承载力测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将待测古建筑被替换的残损木构件加工成标准小试件，标准小试件的尺寸为20×20×300mm，对标准小试件进行物理力学性能测试，得到标准小试件的微钻阻力值平均值F、应力波传播波速v和抗弯强度f；

(2)以上述微钻阻力值和应力波传播波速为独立变量，对上述抗弯强度进行回归分析，得到拟合参数值C、D：f＝C+DFv²；

(3)通过现场检测，获取待测古建筑木梁的非破坏性检测数据，具体过程如下：

(3-1)沿待测古建筑木构件的表面纵向布置k对测试点，分别测试应力波沿每对测试点路径方向的应力波传播波速，取k对测试点的应力波传播波速的平均值，作为待测古建筑木构件的应力波传播波速v₁；

(3-2)将待测古建筑木梁的横截面沿高度方向划分为2n+1个区间，每个区间的高度记为h_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)，每个区间的面积记为A_i(i＝1，2，……，2n，2n+1)；

(3-3)测定待测古建筑木梁沿高度方向的微钻阻力值曲线，将微钻阻力值曲线划分为2n+1个区间，根据每个区间的阻力值曲线得到该区间的平均阻力值，记为F_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)；

(4)将步骤(3)得到的应力波传播波速v₁、区间平均阻力值F_i代入到步骤(2)的回归方程中，得到与每个区间相对应的抗弯强度fi(i＝1,2,……,2n,2n+1)：f_i＝A+BF_iv₁ ²；

(5)根据步骤(3)得到的区间面积A_i和步骤(4)得到的区间抗弯强度f_i，对古建筑木梁的中性轴位置进行确定：

若下式成立，则古建筑木梁的中性轴位于第k+1个高度区间的中心处；

(6)记步骤(3)得到的每个区间的高度中心至古建筑木梁的中性轴的垂直距离为H_i(i＝1,2,……,2n,2n+1)，整个古建筑木梁的抗弯承载力为：