中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
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仪测量柱额相对转角；用电阻应变片量测柱、额、 ＣＦＲＰ布及扁钢的应变；用７Ｖ０８数据采集仪采集 数据。
３试验过程及现象描述
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碳蚌维布Ｌ—３皿一 Ｉ
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图２扁钢和碳纤维布加固示意图 Ｆｉ昏２ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉ也ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ＣＦＲＰ ｓｈｅｅｔ
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１构架设计与制作 １．１未加固构架
选用抗拉拔性能较好的燕尾榫，按照宋《营造法
勘中的做法，以ｌ：３．５２即１ ｃｍ：２分二（分二表示
宋代二等材每份长度，相当于现在的１．７６ ｃｍ）的缩 尺比例，制作了３个相同的构架模型，其中１个构架 的榫卯连接不紧密（模拟有损连接），另２个连接紧 密，所有构件均由古建木工师傅手工制作而成。构件 原形尺寸和模型尺寸如表１和图１。材质选用东北红 松新材，天然干燥一年期，其力学性能见表２。实际 柱头截面高出额枋顶面１５０ ｎｌｌｌｌ以便施加水平荷载， 所开卯口内以榫形木块填实。
Ｅ－ｎｌａｉｌ！ｘｉｅｑｆｇｈ＠ｘａｕａｔ．ｅｄｕ．ｃａ
引言
中国古建筑木结构的主要特点之一就是柱和额枋 组成的构架以及其他构件之间采用榫卯连接，无需—铁 一钉［１１。“卯”是指在木构件上挖出的洞眼，“榫” 则是在木构件上留下的准备插入卯的端头，这种连接
基金项目：国家自然科学基金（５９８７８０４３）、陕西省重点实验室建设 项目（０５ＪＳｌ７）
扁钢加固
构架一（第一次加固） 构架二Ｇ书二次加固）
构架三僳二次加固）
碳纤维布 碳纤维布 碳纤维布
２加载方案及量测方案
２．１加载方案 （１）为模拟古建筑木结构柱脚是搁置于柱础上的
特性，柱脚套于特制的钢柱帽与地槽铰接连接。
万方数据
土木工程学报
２００８矩
２．２量测方案 用位移计测量柱的侧移和榫卯拔出量；用倾角
固构架为未加固构架在试验完成之后的有损构架，扁 钢采用３ ｍｉｎ厚Ｑ２３５钢根据柱直径和梁宽制作成Ｕ 形，用木螺丝将其紧密固定在梁上。３个碳纤维布加
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图ｌ构件模型尺寸示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ
固构架中有１个为未加固构架试验完成后的有损构 架，另２个为扁钢加固构架试验完成后的构架，根据 施工要求㈦将加固用横向碳纤维布（０．１６７ ｍｉｌｌ厚） 粘贴于梁柱，并粘贴２个竖向碳纤维布环箍以防止横 向碳纤维布在低应力下就发生剥离破坏。构架加固方 案如表３和图２。加固材料的部分性能指标见表４。
表４加固材料性能指标 Ｔａｂｌｅ ４ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（２）通过水平自由滑动千斤顶施加恒定竖向荷载。 （３）为防止构架向平面外侧移，在梁的两侧布置 了侧向支撑。
（４）由于构架所能承担的水平荷载较小而实验室 没有更小的作动器，因此采用变幅值位移控制加载。 通过水平作动器施加反复荷载，每一级位移幅值下循 环３次，在最后阶段由于作动器的量程不够，有的构 架只进行重复荷载加载。加载示意图见图３。
表３构架加固方案 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｏｏｄｅｎ ｆｒａｍｅ
构架编号 构架一 构架二 构架三
加固构架一 加固构架二 加固构架三 加固构架四 加固构架五
原构架
加固方法
未加固（连接不紧密）
未加固
未加固
构架二（第一次加固）
扁钢加固
构架三（第一次加固）
摘要：通过对３个按照《营造法ｉ勘制作的二等材殿堂式木构架的缩尺模型，以及３个碳纤维布和２个扁钢加固榫
卯节点的构架模型在水平低周反复荷载作用下的试验研究，得到了未加固构架、碳纤维布加固构架及扁钢加圊构架
的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能。试验结果表明：所有构架的梁、柱
文献［４—５］介绍了木构架榫卯节点依据传统经验 的修缮方法，但缺乏试验和理论依据。课题组曾利用 扁钢对榫卯节点进行加固，通过缩尺比例为１／３．５２的 二等宫殿当心间模型进行了振动台试验研究，对模型
第４ｌ卷第１期
谢启芳等·中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
加固前后的各种动力特性进行了测试、分析∞】，认为 榫卯节点经扁钢加固后可以提高节点的强度和刚 度，但没有得到榫卯节点强度和刚度变化规律。文 献［８－９］提出采用ＦＲＰ材料加固古建筑木结构。唐 宋时期是木结构的鼎盛时期，宋代的做法最具代表 性ｃＩｏ】，因而本文按宋《营造法式》Ⅲ冲的做法，选用 二等材殿堂式构架的主要承重柱（檐柱）的柱架缩尺模 型，进行了未加固构架、碳纤维布加固构架和扁钢加 固构架在水平低周反复荷载作用下的试验研究，得到 了各个构架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度 和刚度退化规律、变形及耗能等性能。
图３加载示意图 Ｆｉｇ．３ Ｌｏａｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ
先通过工字钢分载梁在两个柱头上各施加１０ ｋＮ 的竖向荷载并保持不变，随后通过作动器施加反复荷 载，直至作动器最大行程。图４为构架的破坏情况。
（１）破坏均发生在榫卯节点，构件梁柱完好无 损。
（２）对于榫卯连接不紧密的未加固构架，在控 制位移较小时，构架基本不能承担荷载，但随着水平 位移的增加，榫卯之间逐渐挤紧，随后就与连接紧密 的未加固构架一样，随着位移幅值和循环的增加，榫 卯之间挤压变形加大并伴随有“吱吱”声，使得榫卯 由紧变松，因此当构架回到竖直位置附近时，榫卯的 抗弯能力明显降低，甚至不能承担竖向荷载偏心而引 起的附加弯矩，从而构架在偏离竖直位置后会出现自 动倾斜的现象，但随着构架偏离竖直位置距离的加 大，榫卯之间又变得紧密，抗弯能力增加。在加载的 过程中，榫卯之间有一定的拔出，且拔出量随位移幅 值的增加而加大，但由于柱底支座的限制，榫卯的拔 出主要是由于构架倾斜导致榫卯转动而引起榫头上拔 下压或上压下拔，榫头的总体拔出量却不大。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗ．ｃｙ ｃｌｉｃ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｅｉｇｈｔ ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ。ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｎｏｎ． ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ｍａｄｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｂｆｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｓｏｎｇ Ｄｙｎａｓｔｙ（９６０．１２７０，
表１构件原形尺寸和模型尺寸 Ｔａｂｌｅ １ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｓｉｚｅ
注：柱长增加的１５０ ｉｎｉｎ是为加载方便，实际结构没有。 表２木材力学性能
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｏｄ
１．２加固构架 采用碳纤维布和扁钢两种加固材料。２个扁钢加
作者简介：谢启芳，博士研究生 收稿日期：２００７－０２－０６
万方数据
方式使得各节点刚柔相济，具有一定的抗弯能力及良 好的耗能能力。但由于榫卯节点特殊的连接方式，在 水平地震作用下，木构架容易出现局部拔榫、节点松 脱现象‘２１，使得整体或局部构架歪闪倾斜，如应县木 塔的现状［３】。因此古建木结构榫卯节点及其加固的研 究已迫在眉睫，对古建木结构的维修加固具有重要的． 现实意义。
构件完好无损，破坏均发生在榫卯节点；未加固构架、碳纤维布加同构架及扁钢加固构架的滞回曲线有明显的不
同；碳纤维布和扁钢加固后构架强度和刚度增加，而耗能能力却有所降低；木构架具有非常好的变形能力。扁钢加 固适合于强度或刚度明显不足且较隐蔽的榫卯节点。而碳纤维布加固适合于破损程度较小的榫卯节点。
关键词：古建筑木结构；榫卯节点；加固；碳纤维布；扁钢
Ａ．Ｄ．），ｔｈｒｅｅ ｍｏｄｅｌｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ（ＣＦＲＰ） ｓｈｅｅｔ，ａｎｄ ｔｗｏ ｍｏｄｅｌｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｉｒ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ，ｓｕｃｈ锄ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ＣｌｌｌＷｅ ａｎｄ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ＣＨＩＶｅ。 ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｌｌａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ＯＣＣｕｒ ａｔ ｔｈｅ ｍｏｒｔｉｓｅ．ｔｅｎｏｎ ｉｏｉｎｔｓ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎｓ ｆｏｒ ａｌｌ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｔｅｓｔｅｄ ｆｒａｍｅｓ．Ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｈｏｏｐ ｏｆ ｎｏｎ．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ ｉｓ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎ．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｏｄｅｌｓ，ｗｈｅｒｅａｓ ｔｈｅｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｌｏｗｅｒ．Ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｇｏｏｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｎａｔ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｄｄｅｎ ｍｏｒｔｉｓｅ－ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｒ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｏｔ ｔｌｌａｔ ｌａｒｇｅ，ｗｈｅｒｅａｓ ＣＦＲＰ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｍｏｒｔｉｓｅ—ｔｅｎｏｎ ｉｏｉｎｔｓ ｗｉｔｈ ｍｉｎｏｒ ｄａｍａｇｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎｅｓｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｗｏｏｄｅｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｍｏｒｔｉｓｅ—ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ＣＦｆｕＰ ｓｈｅｅｔ；ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ
（３）对于３个碳纤维布加固构架，因构架均为有 损构架，有２个构架还是经扁钢加固后的二次加固， 故加固构架的榫卯之间发生了较大的挤压变形，榫卯 较为松动，而碳纤维布本身没有刚度，只有当榫卯发 生转动而引起榫头拔出时，碳纤维布受力之后才能为 榫卯的抗弯能力作贡献，因此构架在偏离竖直位置后 也会出现自动倾斜的现象，但随着构架偏离竖直位置 距离的加大，榫卯拔出量增加，碳纤维布变形加大， 榫卯抗弯能力增加。随着位移幅值的增加，碳纤维布 变形加大，由于碳纤维布粘贴处的柱额不在同一平 面，受力之后会使得碳纤维布与额枋剥离，但碳纤维 布受到环箍的约束，从而碳纤维布环箍受到剪力，导 致环箍部分剪断。另一方面，碳纤维布的变形也是不 均匀的，上下边缘纤维变形最大，因此最后破坏时碳 纤维布上下边缘纤维也有部分断裂。
Ｘ／ｅ ｑｉｆｏ［，ｌｇｌ Ｚｈａｏ Ｈｏｎｇｔｉｅ １ Ｘｕｅ Ｊｉａｎｙａｎｓ—Ｙａｏ Ｋａｎ２ Ｓｕｉ Ｙａｎｌ （１．Ｘｉ’ｎｉｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００５５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｕｎｉｔ ９５０２２ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ Ａｒｍｙ，Ｓｈａｎｔｏｕ ５ １５８００，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＵ３６６．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００．１３１Ｘ（２００８）０１－．００２８－０７
Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｍｏｒｔｉｓｅ－ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔｓ ｉｎ
ａｎｃｉｅｎｔ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｗｏｏｄｅｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
第４１卷第１期 ２ ０ ０ ８年１月
土木工程学报
Ｊ０删ＡＬ ＣＨ巩＾ＣＩＶＩＬ ＥＮＧ邛ｍＥＲ矾Ｇ
Ｖ０１．４１ Ｊａｎ．
Ｎｏ．１ ２００８
中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
谢启芳ｌ赵鸿铁１ 薛建阳１姚侃２隋 奠－
（１．西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５；２．中国人民解放军９５０２２部队，广东汕头５１５８００）
３试验过程及现象描述
角ｐ惫 ∞
ａ 日 莹ｆ嗣
翻【
碳蚌维布Ｌ—３皿一 Ｉ
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图２扁钢和碳纤维布加固示意图 Ｆｉ昏２ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉ也ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ＣＦＲＰ ｓｈｅｅｔ
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ｌ。
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一＼ ， １３∞５０Ｉｌ ５５
１４００
１
１５１０
１构架设计与制作 １．１未加固构架
选用抗拉拔性能较好的燕尾榫，按照宋《营造法
勘中的做法，以ｌ：３．５２即１ ｃｍ：２分二（分二表示
宋代二等材每份长度，相当于现在的１．７６ ｃｍ）的缩 尺比例，制作了３个相同的构架模型，其中１个构架 的榫卯连接不紧密（模拟有损连接），另２个连接紧 密，所有构件均由古建木工师傅手工制作而成。构件 原形尺寸和模型尺寸如表１和图１。材质选用东北红 松新材，天然干燥一年期，其力学性能见表２。实际 柱头截面高出额枋顶面１５０ ｎｌｌｌｌ以便施加水平荷载， 所开卯口内以榫形木块填实。
Ｅ－ｎｌａｉｌ！ｘｉｅｑｆｇｈ＠ｘａｕａｔ．ｅｄｕ．ｃａ
引言
中国古建筑木结构的主要特点之一就是柱和额枋 组成的构架以及其他构件之间采用榫卯连接，无需—铁 一钉［１１。“卯”是指在木构件上挖出的洞眼，“榫” 则是在木构件上留下的准备插入卯的端头，这种连接
基金项目：国家自然科学基金（５９８７８０４３）、陕西省重点实验室建设 项目（０５ＪＳｌ７）
扁钢加固
构架一（第一次加固） 构架二Ｇ书二次加固）
构架三僳二次加固）
碳纤维布 碳纤维布 碳纤维布
２加载方案及量测方案
２．１加载方案 （１）为模拟古建筑木结构柱脚是搁置于柱础上的
特性，柱脚套于特制的钢柱帽与地槽铰接连接。
万方数据
土木工程学报
２００８矩
２．２量测方案 用位移计测量柱的侧移和榫卯拔出量；用倾角
固构架为未加固构架在试验完成之后的有损构架，扁 钢采用３ ｍｉｎ厚Ｑ２３５钢根据柱直径和梁宽制作成Ｕ 形，用木螺丝将其紧密固定在梁上。３个碳纤维布加
１
Ｉ２
ｌ３
Ｉ１
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Ｈ ห้องสมุดไป่ตู้０
豇圆
旧
１－１
囫
打丑
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二－２
ｍ圆心邕
图ｌ构件模型尺寸示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ
固构架中有１个为未加固构架试验完成后的有损构 架，另２个为扁钢加固构架试验完成后的构架，根据 施工要求㈦将加固用横向碳纤维布（０．１６７ ｍｉｌｌ厚） 粘贴于梁柱，并粘贴２个竖向碳纤维布环箍以防止横 向碳纤维布在低应力下就发生剥离破坏。构架加固方 案如表３和图２。加固材料的部分性能指标见表４。
表４加固材料性能指标 Ｔａｂｌｅ ４ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ
（２）通过水平自由滑动千斤顶施加恒定竖向荷载。 （３）为防止构架向平面外侧移，在梁的两侧布置 了侧向支撑。
（４）由于构架所能承担的水平荷载较小而实验室 没有更小的作动器，因此采用变幅值位移控制加载。 通过水平作动器施加反复荷载，每一级位移幅值下循 环３次，在最后阶段由于作动器的量程不够，有的构 架只进行重复荷载加载。加载示意图见图３。
表３构架加固方案 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｏｏｄｅｎ ｆｒａｍｅ
构架编号 构架一 构架二 构架三
加固构架一 加固构架二 加固构架三 加固构架四 加固构架五
原构架
加固方法
未加固（连接不紧密）
未加固
未加固
构架二（第一次加固）
扁钢加固
构架三（第一次加固）
摘要：通过对３个按照《营造法ｉ勘制作的二等材殿堂式木构架的缩尺模型，以及３个碳纤维布和２个扁钢加固榫
卯节点的构架模型在水平低周反复荷载作用下的试验研究，得到了未加固构架、碳纤维布加固构架及扁钢加圊构架
的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能。试验结果表明：所有构架的梁、柱
文献［４—５］介绍了木构架榫卯节点依据传统经验 的修缮方法，但缺乏试验和理论依据。课题组曾利用 扁钢对榫卯节点进行加固，通过缩尺比例为１／３．５２的 二等宫殿当心间模型进行了振动台试验研究，对模型
第４ｌ卷第１期
谢启芳等·中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
加固前后的各种动力特性进行了测试、分析∞】，认为 榫卯节点经扁钢加固后可以提高节点的强度和刚 度，但没有得到榫卯节点强度和刚度变化规律。文 献［８－９］提出采用ＦＲＰ材料加固古建筑木结构。唐 宋时期是木结构的鼎盛时期，宋代的做法最具代表 性ｃＩｏ】，因而本文按宋《营造法式》Ⅲ冲的做法，选用 二等材殿堂式构架的主要承重柱（檐柱）的柱架缩尺模 型，进行了未加固构架、碳纤维布加固构架和扁钢加 固构架在水平低周反复荷载作用下的试验研究，得到 了各个构架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度 和刚度退化规律、变形及耗能等性能。
图３加载示意图 Ｆｉｇ．３ Ｌｏａｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ
先通过工字钢分载梁在两个柱头上各施加１０ ｋＮ 的竖向荷载并保持不变，随后通过作动器施加反复荷 载，直至作动器最大行程。图４为构架的破坏情况。
（１）破坏均发生在榫卯节点，构件梁柱完好无 损。
（２）对于榫卯连接不紧密的未加固构架，在控 制位移较小时，构架基本不能承担荷载，但随着水平 位移的增加，榫卯之间逐渐挤紧，随后就与连接紧密 的未加固构架一样，随着位移幅值和循环的增加，榫 卯之间挤压变形加大并伴随有“吱吱”声，使得榫卯 由紧变松，因此当构架回到竖直位置附近时，榫卯的 抗弯能力明显降低，甚至不能承担竖向荷载偏心而引 起的附加弯矩，从而构架在偏离竖直位置后会出现自 动倾斜的现象，但随着构架偏离竖直位置距离的加 大，榫卯之间又变得紧密，抗弯能力增加。在加载的 过程中，榫卯之间有一定的拔出，且拔出量随位移幅 值的增加而加大，但由于柱底支座的限制，榫卯的拔 出主要是由于构架倾斜导致榫卯转动而引起榫头上拔 下压或上压下拔，榫头的总体拔出量却不大。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗ．ｃｙ ｃｌｉｃ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｅｉｇｈｔ ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ。ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｎｏｎ． ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ｍａｄｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｂｆｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｓｏｎｇ Ｄｙｎａｓｔｙ（９６０．１２７０，
表１构件原形尺寸和模型尺寸 Ｔａｂｌｅ １ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｓｉｚｅ
注：柱长增加的１５０ ｉｎｉｎ是为加载方便，实际结构没有。 表２木材力学性能
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｏｄ
１．２加固构架 采用碳纤维布和扁钢两种加固材料。２个扁钢加
作者简介：谢启芳，博士研究生 收稿日期：２００７－０２－０６
万方数据
方式使得各节点刚柔相济，具有一定的抗弯能力及良 好的耗能能力。但由于榫卯节点特殊的连接方式，在 水平地震作用下，木构架容易出现局部拔榫、节点松 脱现象‘２１，使得整体或局部构架歪闪倾斜，如应县木 塔的现状［３】。因此古建木结构榫卯节点及其加固的研 究已迫在眉睫，对古建木结构的维修加固具有重要的． 现实意义。
构件完好无损，破坏均发生在榫卯节点；未加固构架、碳纤维布加同构架及扁钢加固构架的滞回曲线有明显的不
同；碳纤维布和扁钢加固后构架强度和刚度增加，而耗能能力却有所降低；木构架具有非常好的变形能力。扁钢加 固适合于强度或刚度明显不足且较隐蔽的榫卯节点。而碳纤维布加固适合于破损程度较小的榫卯节点。
关键词：古建筑木结构；榫卯节点；加固；碳纤维布；扁钢
Ａ．Ｄ．），ｔｈｒｅｅ ｍｏｄｅｌｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ（ＣＦＲＰ） ｓｈｅｅｔ，ａｎｄ ｔｗｏ ｍｏｄｅｌｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｉｒ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ，ｓｕｃｈ锄ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ＣｌｌｌＷｅ ａｎｄ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ＣＨＩＶｅ。 ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｌｌａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ＯＣＣｕｒ ａｔ ｔｈｅ ｍｏｒｔｉｓｅ．ｔｅｎｏｎ ｉｏｉｎｔｓ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎｓ ｆｏｒ ａｌｌ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｔｅｓｔｅｄ ｆｒａｍｅｓ．Ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｈｏｏｐ ｏｆ ｎｏｎ．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ ｉｓ ａｐｐａｒｅｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｆｌａｍｅ ｍｏｄｅｌｓ．Ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎ．ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｍｏｄｅｌｓ，ｗｈｅｒｅａｓ ｔｈｅｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｌｏｗｅｒ．Ｗｏｏｄｅｎ ｆｌａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｇｏｏｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｎａｔ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｄｄｅｎ ｍｏｒｔｉｓｅ－ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｒ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｏｔ ｔｌｌａｔ ｌａｒｇｅ，ｗｈｅｒｅａｓ ＣＦＲＰ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｍｏｒｔｉｓｅ—ｔｅｎｏｎ ｉｏｉｎｔｓ ｗｉｔｈ ｍｉｎｏｒ ｄａｍａｇｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎｅｓｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｗｏｏｄｅｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｍｏｒｔｉｓｅ—ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ；ＣＦｆｕＰ ｓｈｅｅｔ；ｆｌａｔ ｓｔｅｅｌ
（３）对于３个碳纤维布加固构架，因构架均为有 损构架，有２个构架还是经扁钢加固后的二次加固， 故加固构架的榫卯之间发生了较大的挤压变形，榫卯 较为松动，而碳纤维布本身没有刚度，只有当榫卯发 生转动而引起榫头拔出时，碳纤维布受力之后才能为 榫卯的抗弯能力作贡献，因此构架在偏离竖直位置后 也会出现自动倾斜的现象，但随着构架偏离竖直位置 距离的加大，榫卯拔出量增加，碳纤维布变形加大， 榫卯抗弯能力增加。随着位移幅值的增加，碳纤维布 变形加大，由于碳纤维布粘贴处的柱额不在同一平 面，受力之后会使得碳纤维布与额枋剥离，但碳纤维 布受到环箍的约束，从而碳纤维布环箍受到剪力，导 致环箍部分剪断。另一方面，碳纤维布的变形也是不 均匀的，上下边缘纤维变形最大，因此最后破坏时碳 纤维布上下边缘纤维也有部分断裂。
Ｘ／ｅ ｑｉｆｏ［，ｌｇｌ Ｚｈａｏ Ｈｏｎｇｔｉｅ １ Ｘｕｅ Ｊｉａｎｙａｎｓ—Ｙａｏ Ｋａｎ２ Ｓｕｉ Ｙａｎｌ （１．Ｘｉ’ｎｉｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００５５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｕｎｉｔ ９５０２２ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ Ｌｉｂｅｒａｔｉｏｎ Ａｒｍｙ，Ｓｈａｎｔｏｕ ５ １５８００，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＵ３６６．２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００．１３１Ｘ（２００８）０１－．００２８－０７
Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ ｍｏｒｔｉｓｅ－ｔｅｎｏｎ ｊｏｉｎｔｓ ｉｎ
ａｎｃｉｅｎｔ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｗｏｏｄｅｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
第４１卷第１期 ２ ０ ０ ８年１月
土木工程学报
Ｊ０删ＡＬ ＣＨ巩＾ＣＩＶＩＬ ＥＮＧ邛ｍＥＲ矾Ｇ
Ｖ０１．４１ Ｊａｎ．
Ｎｏ．１ ２００８
中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究
谢启芳ｌ赵鸿铁１ 薛建阳１姚侃２隋 奠－
（１．西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５；２．中国人民解放军９５０２２部队，广东汕头５１５８００）