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摘  要 光岳楼历经多次地震、战乱，其结构存在不同程度的损伤，为更好的探讨其可靠性，对其预先进行寿命预估是十分必要的。本文以光岳楼为例，通过ANSYS软件建立上部木结构模型并进行静力分析，考虑在虫蛀、开裂和腐朽破坏条件下的累计损伤来计算其构件的预期剩余寿命，结果表明：在考虑虫蛀、腐朽、裂缝的自然状态下，光岳楼上部木结构柱的剩余寿命为481～2735年，梁的剩余寿命为574～1614年;在正常荷载作用下，梁先发生破坏。

关键词 古建筑;累积损伤;寿命预估

1引言

我国木结构古建筑遭受了许多自然灾害（地震、火灾、虫蛀、腐蚀等）和人为破坏，严重影响了结构的健康和服役寿命。国内关于预测木结构和剩余寿命的研究相对较少。王井利[1]构建了人工智能模型并进行了模型试算分析，结果表明ABC-Elman模型的建模效率高、预测能力强，但收敛速度较慢;王雪亮[2]建立了一个受各种因素影响的古建筑木构件抗力的随机时变模型，为古建筑的结构生命周期预测提供理论依据;李瑜[3]建立了在恒载作用下的轴力和弯矩的强度修正模型，并考虑了腐蚀对有效截面的影响。

可见，构件损伤对于结构自身的承载力起着至关重要的作用，但现有研究目前对于整体机构的寿命预估还没有完善的计算方法和规范，对于构件的损伤大多考虑其中一个因素。本文基于可靠度理论，通过考虑虫蛀、裂缝及腐朽因素的修正模型，对光岳楼上部木结构构件进行寿命预估，计算结果可为光岳楼后期修缮加固提供依据。

2光岳楼构件分析

本文选取文献[4]中光岳楼上部木结构模型，并在此基础上进行ANSYS静力分析，分析可知模型在金柱柱顶和主梁跨中的变形及应力最大（图2）。引用文献[5]中的木结构古建筑考虑虫蛀、裂缝及腐朽因素下梁柱的损伤累积模型（式3-1、3-2），一至四层的外侧及内侧金柱柱顶节点及一至四层的主梁跨中进行计算。

其中，为强度公式中的参数，其选值只与树种有关;为构件抗压强度或抗弯强度;为木材腐朽程度;代表腐朽深度;为考虑变质层厚度发展速度的参数指数;为虫蛀面积率;为裂缝开裂系数;为开裂深度;为构件在虫蛀作用下的损伤变量。

变化范围是[0，1]，当=0时，表示结构处于无损伤状态，当=1时，表示结构或构件完全失效。通过确定试验值来进行计算，当=1时，结构失效，然后通过i值就可以知道构件的剩余寿命。

通过损伤累积公式对光岳楼一至四层的金柱以及主梁进行对比分析。

（1）柱的寿命预估

本文选取一至四层外侧角和内侧角金柱柱端为研究对象，现场调研可知光岳楼圆柱裂缝深度大多在1cm左右，因梁、柱、斗拱等构件周身彩绘使得腐朽、裂缝、虫驻现象并不明显，故腐朽深度取5cm，裂缝系数取0.01。光岳楼建成约647年，故取1.5。根据现场实测的数据以及实际的工程情况，取A=8.21，B=15， =0.5， =1.5，T0=647，R01=300mm，R02=250mm， =50mm，f0=15MPa，D（t）=0.01，代入模型中，计算得出金柱的剩余寿命（表1），并绘制出剩余寿命与累积损伤变量关系图（图3）。

（二）梁的寿命预估

取ANSYS模型中一到四层跨度为4.1m和2.66m的主梁进行静力分析，将计算得到的构件弯矩值代入此模型中，光岳楼梁身裂缝深度大多在0.5～1cm左右，取=0.01， =0.01，其他参数同上，计算得到的剩余寿命见表2，剩余寿命与累积损伤变量关系图见图4。

三、结论

（一）在考虑虫蛀、腐朽、裂缝的自然状态下，光岳楼上部木结构柱的剩余寿命约为481～2735年，梁的剩余寿命约为574～1614年。

（二）从梁柱剩余寿命计算中可以看出，柱比梁的累积损伤曲线增长缓慢，也能直接说明在木结构正常使用过程中，梁会先于柱发生破坏，故在对古建进行保护的同时应先对梁进行重点保护。

木结构古建筑作为中华文化重要传承之一，其累积损伤效应不可忽视，如何真实可靠的检测计算古建筑的寿命，是今后研究的重要课题。

参考文献

[1]王井利，王丙达.基于人工智能算法的木构古建筑寿命预测模型应用研究[J].通讯世界，2019，26（02）：214-215.

[2]王雪亮. 历史建筑木结构基于可靠度理论的剩余寿命评估方法研究[D].武汉理工大学，2008.

[3]李瑜. 古建筑木构件基于累积损伤模型的剩余寿命评估[D].武汉理工大学，2008.

[4]廖茹梦. 基于土—结构相互作用的古建筑动力性能分析[D].聊城大学，2019.

[5]王阳. 殿堂式古建木构有限元分析与可靠度评估[D].北京交通大学，2014.