应县木塔结构问题研究现状综述

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2023-06-16 12:29 来源:古建园林技术

引言

      古建筑的研究遵循历史性、艺术性和科学性的三性原则[1]。受历史条件限制,加之古建筑科学性研究的难度和工作量都很大,以往的研究更着重于历史性和艺术性,中国古建筑因其独特性尚有很多未被认识的力学特性。

      对应县木塔的研究最早是由以梁思先生[2,3]和刘敦祯先生[4]为代表的中国营造学社开始的,从建筑学的角度对应县木塔进行了勘察与测绘工作。20世纪70年代开始,李世温先生[5]和李铁英[6]等人对应县木塔的结构力学性能进行了系统的研究。近年来,关于应县木塔的试验与理论研究越来越多,截至目前,已积累较为丰富的研究资料,这些可以为木塔今后的保护、加固和维修工作提供参考。本文从应县木塔的勘察测绘、结构监测、试验与计算、整体结构受力性能、修缮加固等方面总结了近80年来学者们对应县木塔结构的相关研究成果。

勘察测绘

      应县木塔由上部结构与塔基两部分组成。勘察测绘是对木塔进行结构研究的首要任务,包括对整体结构和承重构件的现状测绘、残损变形和地基基础的勘查等。

现状测绘

      现状测绘不仅可以掌握木塔的空间尺度,还可为后期的建模分析提供数据支撑。

     1933年,梁思成与刘敦桢等人对应县木塔进行了首次调查测量。1935年,莫宗江根据测量数据绘制了1:50的实测图,这批图纸在抗日战争时期受到了严重的损坏。1942年,陈明达先生根据这些残余图稿绘制了1:20的详图,并按照此图制作了应县木塔的缩尺模型。1962年,陈明达先生利用相机及手工测绘工具赴应县测量,绘制了现状测绘图纸,为《应县木塔》(1964年)[7]一书的编制提供了重要的基础资料。1991年,北京建筑工程学院古建筑研究室利用全站仪等对应县木塔进行了全面的测绘。1994年,中国文物研究所(中国文化遗产研究院前身)完成了应县木塔残损现状测绘图。2000年,山西省古建筑保护研究所完成了应县木塔残损状况实测图和残损现状图。从2010年开始,中国文化遗产研究院组织有关单位,利用三维激光扫描仪获取了应县木塔底部三层的精细化现状测绘图纸。

     陈明达先生(1964年)参照《营造法式》对应县木塔的建筑设计及结构构图进行了研究,虽然木塔的结构复杂,但推测其用料只有六种规格[7]。在陈[7]的基础上,肖旻(2004年)[8]、张毅捷等(2018)[9]对木塔测绘数据进行再分析,推出了新的模数制尺度规律。肖碧勇(2010年)[10]、王林安等[11]对应县木塔斗拱的几何构造进行了解读,绘制了二层明层柱头斗拱构件详图。俞正茂(2014年)[12]根据实地调研和历史资料对应县木塔结构的尺寸进行了推定。

各个时期的现状测绘为应县木塔的研究积累了大量图纸,不同时期的测绘数据对比分析,有助于了解应县木塔的变形发展趋势及变形速率,然而,目前尚未建立各时期图纸之间的关系。

残损变形

      应县木塔历经960多年的风雨,无论是局部构件还是整体结构,都存在不同程度的残损。残损导致结构的受力性能降低,残损分布的不均匀性导致结构的变形情况复杂,在地震、大风等极端情况下可能会引发结构发生突然性破坏或倒塌。因此需要对木塔的残损进行调查,掌握木塔的残损部位和程度,以便有针对性的进行安全评估与修缮加固,此外,也能为结构监测方案的优化设计提供指导。

     古木结构残损调查的主要手段包括现场目测检查、工程测量、阻力仪和三维应力波断层扫描仪等技术。

     隋坤等(1998年)[13]使用工程测量发现木塔的塔基不在同一高程上,整体结构向东北方倾斜,层与层之间处于复杂的扭曲状态。山西省古建筑保护研究所(2000年)[14]进一步实测出应县木塔各层柱网的相对沉降极值,结果显示各层柱网存在不同程度的扭转变形和不均匀沉降。魏德敏等(2002年)[15]根据残损现状实测及变形监测数据,分析了整体结构和构件残损发展的主要特征、主要原因及结构整体的变形发展速率。李铁英等(2005年)[16,17]对残损严重的二层暗层的变形进行了详细的讨论,并以变形、残损和构件承载能力为依据对各类构件进行了可靠性等级划分,分析了其分布特征。张建丽等(2007年)[18,19]对各层内槽柱的柱间距变化、相邻层柱间距差进行分析,发现各层变化不尽相同,平面八边形处于扭曲状态,且二层暗层、二层明层、三层暗层变化最为严重,是修缮加固的重点和难点。王林安等(2008年)[20]根据现场实测对应县木塔普拍枋和梁栿节点的残损机理进行了研究。马栋(2010年)[21]定性的对二层斗拱和柱的残损状况进行了详细的描述,得出了斗拱和柱达到残损标准的比例。薛建阳(2019年)等[22]对应县木塔圆柱的柱头和柱脚坐标、阑额和乳栿的挠度、楼板的相对高程进行了现场测量和分析,得到了圆柱倾斜水平投影值和柱脚高程、内外槽高差、阑额和乳栿的挠曲程度和整体变形等几何参数和力学特征。

      我国《古建筑木结构维护与加固技术规范》[23]将结构的残损状态分为四类,《应县木塔保护研究》(2016年)[24]将构件的残损程度划分为重度残损、中度残损及轻度残损三个等级。以上残损评判标准大都是从裂缝、变形等外观情况来粗略划分,划分等级较少,且只有对残损的定性描述,而没有定量的分析。因此,有必要对残损发生的机理进行深入的研究,并建立更加科学的残损评估标准。

地基与基础

      台基又称基座[25],是建筑物的重要组成部分,对其稳定性起重要作用。应县木塔的塔基高约4米,是木塔整体结构中不可忽略的一部分。木塔的塔基存在着不均匀沉降[28,31],为了保证木塔的安全稳定,对地基与基础的研究工作必须引起足够重视;为了评价木塔抗震可靠性,有必要对木塔的场地性质、场地分类进行较深入的评价。

      太原理工大学(1994年)率先[26]对木塔塔院进行了地基勘察。为进一步详细了解,山西省地质工程勘察院(2000年)[27]进行了塔基土的承载力分析及沉降分析,认为场地为中软场地土,场地类别为Ⅲ类。为弄清木塔所处地层年代及存在的断层,魏剑伟、李铁英等(2002年)[28,29]对应县木塔的环境地质进行了研究。通过样品分析、标准贯入及静探等方法,得出了塔院区塔基土的工程物理性质和力学性质,认为场地为中硬场地土,场地类别为Ⅱ类;运用地学层析成像技术探测了木塔的基础结构及塔院地基的分层结构。为了解塔基对木塔倾斜变形的影响,山西省地质工程勘察院的杨欣荣等(2004年)[31]通过物探、钻探及室内土工试验等综合手段查明了木塔塔基土、场地土的构成及分布特征,认为场地为中软场地土,场地类别为Ⅲ类;并对塔基土、场地土的岩土工程特征进行了深入的分析研究,认为塔基土稳定性较好,不会造成塔体扭曲、倾斜。目前,关于应县木塔场地土的具体类别还没有定论,有待进一步确定。

      受古建筑保护所限,对应县木塔地基与基础的研究无法深入到塔基内部,目前对应县木塔塔基岩土工程特性的研究还有待深入。

结构监测

      应县木塔结构构造复杂,残损变形严重,且易受周围环境因素的影响,结构监测有助于掌握木塔结构的形变趋势,为变形预测提供数据支撑。

结构变形监测

      应县木塔的结构监测工作始于1975年。1975~1977年,太原理工大学通过搭建观测基准网,进行了木塔的轴线方位、塔高、倾斜现状测定、各层中心偏差和沉降测量等。1991年,北京建筑工程学院使用全站仪等测得了木塔各层各部位构件的倾斜、弯曲、扭转等相对变形数据。1999年、2001年和2004年,太原市勘察测绘研究院的黄人唐等[32]采用大地测量和全球卫星定位系统两种方法进行变形测量。2007年,中国文化遗产研究院[24,30]负责组织研究和编制完成了“应县木塔监测系统方案设计”,2008年始实施,对应县木塔进行了变形连续监测、结构动力特性监测、地震与地面脉动监测和环境监测等内容。2015年至今,中国文化遗产研究院组织(中国建设勘察综合设计研究院实施),使用全站仪对应县木塔进行了一系列变形连续监测,包括塔体变形监测与地基沉降监测等,目前该监测系统仍在运行。

      然而,目前的结构变形监测无法获得木塔局部结构构件的绝对变形,对准确评估木塔的变形大小具有一定的影响,因此,有必要尽快完善结构监测方案,对木塔实施持续的变形监测。

地面脉动及地震监测

      应县木塔地处大同盆地中部,桑干河南岸,这一地区是我国北方中部地震活动频繁的地带[33]。根据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010,应县地区的抗震设防烈度为7度。木塔建成至今已经历过两个地震高潮期,分别为1303~1367年、1583~1683年,从1966年至现在又处于一个新的高潮期[34],因此,进行地面脉动及地震监测,评估木塔地震作用下的结构安全十分必要。

      魏剑伟、李世温(2003年)[34]分析了1976年、1991年等近期几次地震对木塔的影响及木塔的整体变形情况,给出了应县木塔未来地震影响的潜在的震源分布;进行了木塔今后50a,100a,300a地震危险性影响的概率分析。刘化涤(2006年)[35]为了研究未来地震对应县木塔的影响,设计了应县木塔地震监测方案,可实时监测记录天然地震、常时脉动、风动力响应及蹬塔游客引起的响应。

      2008年,中国文化遗产研究院[24]率先进行应县木塔的地面脉动及地震监测。地面脉动及地震监测对分析应县木塔现状结构的抗震性能,评估周边环境振动对木塔本体结构的影响,为研究制定应县木塔结构抗震加固技术方案提供数据和技术支撑。监测系统包括塔上和塔下两个系统,两个系统无物理连接。通过监测数据分析得出引起应县木塔本体结构振动的主要因素是风荷载和人群登塔引起的脉冲荷载,其中风荷载是主要的激发因素,占总激发因素的70%以上,因此提高结构抗风性能,控制或减少由于风荷载而引起的结构倾斜变形的进一步发展,是应县木塔当前加固工作的重中之重。引起应县木塔塔基及自由场地振动的主要振动源是游客荷载及施工机械振动,其中游客荷载的数量多,施工机械的振动幅度大。从发生地震时应县木塔塔基与自由场地的加速度峰值可以看出塔基具有良好的减震效果。

     应县木塔处于多种振动源混合的环境中,这种振动效应的累积作用对木塔本体结构的安全影响不容忽视,应加强研究。

风荷载及风效应现场实测

     应县木塔结构体型复杂,其空间形状和细部构造等对风压分布有较大的影响。风荷载及风效应现场实测可为研究木塔塔体表面风压特征提供理论依据。历史上主要进行了三次应县木塔的风荷载及风效应现场实测。20世纪90年代,西北工业大学和太原理工大学[36,37]采用模型风洞进行了风力风振测试研究,按照全隔扇门窗和全封闭两种状态试验,通过试验确定了木塔的风荷载体形系数和倾覆力矩。2003年,中国科学院力学研究所采用有限体积法完成了《应县木塔风载效应数值分析》,木塔的风振剪力和风振弯矩以二、三和五层较大,与木塔现有的残损变形位置相近。2011年,中国文化遗产研究院联合北京交通大学[24]进行了为期一个月的应县木塔风荷载与风效应原型实测,通过实测确定了木塔周边风场特性、木塔表面风荷载分布规律及大小。主导风向为西南风,木塔所在区域地貌接近于B类地貌,得到不同重现期的木塔表面风压值。

     由于木塔在不同季节所处的风荷载不完全相同,前面所进行的风荷载实测时间较短,无法代表木塔全年的风荷载情况,建议进行木塔整年的风荷载实测。

环境监测

      2009年3月17日至2009年12月31日,中国文化遗产研究院[24]对应县木塔进行了连续的环境监测。环境监测的内容包括木塔所处环境的温湿度和风环境参数的监测。通过在塔院内设置HOBO气象站,测量并记录了木塔所处环境的温度、相对湿度、露点温度、降雨、PAR、风速、大气压力等数据。木材是一种生物性材料,极易受温湿度的影响,通过温湿度环境监测,可以进一步分析温湿度对木塔变形的影响;通过风环境监测,了解木塔周边的风速风向分布真实情况,特别是在风速很大的恶劣天气下,与塔的相应变形对应起来,可进一步分析其对木塔的影响。

试验与模拟

      应县木塔结构构件的树种、材性及目前的构件残损现状等因素都会影响木塔的结构安全。柱架节点及斗拱的特殊构造使其区别于现代建筑,是结构研究的关键部位,木材的力学性能可以为节点的数值模拟计算提供参数。

木材力学性能

      木材是一种由纤维素、半纤维素和木质素等组成的天然材料,在纵向、切向及径向上的性能存在差异,特别是纵向的受力性能与另外两个方向明显不同,这是由于木材的细胞构造及其排列方式所决定的[38]。

      为获得应县木塔所用木材的力学性能,太原工学院与山西省文物局合作(1979年)进行了包括顺纹、横纹压力强度、硬度、抗弯、抗剪、冲击等项物理性能试验。应县木塔绝大部分为横纹承压构件,为获得木材横纹承压的受力机理,王林安(2006年)[39,40]进行了普拍枋、梁栿的横纹局部承压增强加固试验研究,并进行了梁栿横纹局部增强加固的数值模拟。给出了普拍枋和梁栿局部横纹承压承载力的理论计算公式,得出了木材横纹承压的受力机理及其强度的影响因素。应县木塔所用木材的树种为华北落叶松,目前已绝迹。武国芳(2011年)[41]采用与华北落叶松材性相近的东北红松材进行试验,测定了含水率等各项物理性能与强度参数,并设计摩擦系数试验装置,测定木材不同纹理间的摩擦系数。陈志勇(2011年)[42,43]建立了能反映木材正交各向异性的本构模型,包括抗拉和抗压强度不等、抗拉或抗剪时发生脆性破坏而受压时发生塑性变形、且在横纹承压下发生二次应变硬化等特性,并编制了UMAT子程序实现木材本构模型在ABAQUS中的嵌入,应用到木塔典型节点的受力性能有限元分析中。由于木构件的内部残损情况难以用肉眼看到,中国文化遗产研究院联合中国林业科学研究院木材工业研究所(2011年)[24]对木构件进行了动态弹性模量及缺陷检测、木构件阻抗仪检测和木构件2D成像检测等较为全面的检测,并进行了树种测定及力学性能试验。试验木材取自各层主柱、辅柱、普拍枋、大斗、散斗、华栱,共11个试件。树种鉴定结果为:栌斗为榆木属,个别散斗为硬木松属,其他柱、梁、枋、华栱和散斗等均为落叶松属。

      新旧木材的力学性能存在差异,目前通常采用相关规范[23,44,45]中的折减系数估算旧木材的力学性能指标,由于折减系数很大程度上依赖专家的工程经验,得到的估算结果较为粗略且差异较大。建议考虑腐朽、虫蛀、老化等因素对木材的材性退化机理、木构件的剩余强度和寿命进行研究。此外,木塔的变形很大一部分来自于横纹压缩,截至目前,有关横纹承压机理的研究还较少。

柱架节点

      应县木塔的柱架节点包括梁柱节点与柱脚节点。柱架节点的榫卯连接具有比刚接变形大而比铰接变形小的特点,是介于刚接和铰接之间的半刚性连接。这种连接这种连接既可以承受拉压,又具有一定的抗弯、抗扭能力。

      武国芳[41]、陈志勇[42](2011年)制作了缩尺比例为1:3.4的应县木塔典型角柱和平柱的梁柱节点、角柱和平柱的柱脚节点模型,通过水平低周反复加载试验和有限元模拟,研究了其破坏模式、抗弯受力性能及耗能性能等。陈志勇[42]提出了梁-短柱的简化模型,利用相似理论求得了木塔典型柱架节点原型的承载力和刚度。李凡(2013年)[46]制作了应县木塔平柱柱头的足尺模型,通过水平低周往复加载试验和有限元模拟,研究了节点的受力机理、破坏模式等,为建立正确的节点理论模型和分析方法提供了基础的试验数据。

     目前的试验研究均采用新材制作缩尺试件,且试验的加载方式与节点的实际受力情况有所差异,需改进试验装置,并考虑材料的损伤、老化等因素进行足尺试验的试验研究和理论分析。

斗拱

      斗拱是中国古建筑所特有的形制,是较大建筑物中木柱与屋顶之间的连接过渡部分。应县木塔铺作层构造复杂,其高度超过层高的三分之一,是木塔最重要的组成部分。应县木塔的斗拱种类众多,从几何形式划分,共计54种斗拱[7];从所在位置划分,又可分为外檐转角铺作、柱头铺作和补间铺作,内槽转角铺作和补间铺作。斗拱的研究主要从试验和数值模拟两方面进行。

试验研究

      王珏(2008年)[47]根据应县木塔实测图制作了缩尺比例为1:3的3个典型斗拱模型以及2个空间牛腿简化模型,进行了斗拱的竖向加载试验,测试了斗拱的整体变形情况以及各栱和散斗的局部变形情况。陈韦等(2010年)[48]制作了缩尺比例为1:3的3个典型斗拱模型,进行了斗拱的竖向加载试验、水平低周循环加载试验,确定了斗拱抵抗侧向变形和耗能特性。中国文化遗产研究院的王林安指导肖碧勇(2010年)[10]制作了二层明层外槽柱头铺作的足尺模型,进行了斗拱的竖向静力荷载试验,研究该类斗拱在上部结构重力荷载作用下的传力机理,为应县木塔整体安全性评估提供参考依据。陈志勇(2011年)[42]制作了缩尺比例为1:3.4的第二暗层外槽柱头铺作模型,通过栱枋端自由的竖向单调加载试验,和栱枋长度截至反弯点且端面为铰接的水平低周反复加载试验,得到了木塔典型斗拱在竖向和水平向载荷作用下的传力路径、破坏模式、受力性能及耗能性能等。

数值模拟

      古建筑的节点组成和构造较为复杂,在进行整体结构分析时通常将节点进行简化处理,因此,提出合理描述节点力学性能的模型。王珏(2008年)[47]和陈韦(2010年)[48]提出了基于空间牛腿受力模式的、以梁单元表述的斗拱简化模型。肖碧勇(2010年)[10]通过ABAQUS建立了二层明层外槽柱头铺作的有限元模型。在有限元模型中用直角代替端部的卷杀,考虑木材正交各向异性和摩擦接触滑移的影响,对斗拱进行了竖向荷载作用下的传力机理和变形特点分析。王智华(2010年)[49]通过ABAQUS建立了三层内槽转角铺作斗拱的有限元模型,在建模的过程中用直角边代替弧形边,采用面与面之间的绑定替代了暗销联接,进行了斗拱在竖向荷载作用下的受力分析。陈志勇(2011年)[42]通过ABAQUS建立了具有实际几何结构、木材复杂本构关系、动力摩擦接触关系的第二暗层外槽柱头铺作的精细化有限元模型,对斗拱在竖向和水平载荷作用下的受力性能进行分析,并采用简化的梁-短柱单元组模型分析斗拱的传力路径及受力性能。钟永(2011年)[50]通过ABAQUS建立了应县木塔明层、暗层柱头、转角铺作斗拱的有限元模型,研究了沿华栱、泥道拱方向的水平和竖向荷载作用下的力学性能,并建立了各斗拱在竖向、水平荷载作用下的简化力学分析模型,可更加简便有效地推算其相关极限荷载值。通过与数值模拟结果的对比,验证了其可行性和可靠性。袁建力等(2011年)[51]以应县木塔中的典型斗拱为研究对象,依据试验模型的力学参数,通过对斗拱结构构造的简化,提出了基于摩擦-剪切耗能的有限元模型。

 

      木塔斗拱种类众多,目前多选取几类典型的斗拱进行研究,缺乏普适性,尚需对其他种类的斗拱进行研究。各斗、拱间多用暗销连接固定,斗拱挤压密实,接触面间的摩擦作用不可忽略,在进行力学模型的简化时应充分考虑各因素。

整体结构受力性能

      应县木塔历经多次的地震作用,对结构造成了不同程度的损伤,随着时间的延长,木塔的抵抗能力减弱,当地震再次发生时,难以确保木塔是否安全,因此需要对木塔进行受力性能分析,而动力特性测试可以为研究整体及局部结构抗震、抗风或抵抗其他动荷载的性能和能力提供动力特性参数。

结构动力特性

      李铁英(2005年)[52,53,54]、温瑞智(2006年)[55]、车爱兰(2006年)[56]和陈波(2010年)等[57]先后通过环境激励法获得了应县木塔的自振频率、振型和阻尼等动力特性。对比四次测试结果,第一阶侧移频率十分接近,而第二、三阶侧移频率有差别。从测试时间看,由于木塔近期残损增加而导致其自振频率降低和阻尼比增大。同时,四次测试在东西向与南北向的两个方向的自振频率和振型基本相同,表明木塔两个方向的受力性能接近。

      随着人为与环境干扰因素增加,损伤累积越来越严重,木塔结构刚度逐渐退化,导致自振频率降低,因此需要持续进行动力测试,掌握结构刚度退化状况。

      结构动力特性还可以为检测、诊断木塔的损伤累积提供可靠的资料和数据,可以从结构自身固有特性的变化来识别结构的损伤程度,为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。因此有必要进行持续的结构动力特性测试。

整体结构数值模拟

 

      张舵等(2002年)[58,59]、车爱兰(2006年)[56]、王珏(2008年)[47]、常婧雅(2009年)[60]、杜雷鸣(2010年)[61]、陈志勇(2010年)[42]、中国文化遗产研究院(2011)[24]、施颖(2012年)[62]和彭胜男(2016年)[63]等通过对应县木塔的复杂节点和构件进行不同程度的简化后,采用ANSYS、ABAQUS和SAP2000等有限元软件先后建立了木塔刚接、铰接或半刚性的整体结构简化模型,并进行了结构自重作用下的静力分析和地震响应分析等,研究了木塔在竖向和水平载荷作用下的传力路径、各层抗侧移刚度等,并确认第二明层为木塔最薄弱环节。陈庆军等(2017年)[64]使用REVIT建立了应县木塔整体模型,降低了斗拱创建的难度,通过SAP2000分析了木塔在风、地震等外力作用下的整体力学性能。王瑞鹏(2018年)[65]应用ANSYS建立了考虑台基作用的应县木塔整体结构有限元模型,进行了结构动力分析及地震作用下的时程分析,得出台基对木塔的动力特性具有一定的影响,在抗震分析时不能忽略台基。

      目前,学者们主要进行结构在自重荷载下的应力和应变分析,建议进行风荷载作用下的分析,对木塔现状结构的抗风承载能力进行评估。

二层结构受力性能

     二层是应县木塔残损与倾斜变形最为严重的部位,也是木塔结构最为薄弱的一层[42]。

      张文芳和李世温先生(1997年)[69]通过制作应县木塔二层1:10的缩尺模型进行水平低周反复加载试验,分析了木塔二层结构滞回耗能并获得了其恢复力模型。马栋(2010年)[21、陈厚飞(2010年)[66]、陈平等(2011年)[67]和陈特(2013年)[68]等使用SAP2000和ANSYS分别建立了应县木塔二层明层无损与现状的有限元模型,并进行了自重作用下的变形分析及受力分析。

      然而,二层变形对整体稳定性及倾覆的影响、柱网变形协调关系、变形发展趋势和速率以及变形持续增加的原因等问题还未得以解决。

修缮加固

      近十几年来学界对应县木塔维修加固提出的设想和方案很多,具有代表性的主要有落架维修、上部抬升、全支撑等。

      李海旺等(2006年)[70]采用反映谱法和时程分析法,借助ANSYS有限元软件,对木塔抬升修缮过程中采用的钢塔架进行了动力分析与罕遇地震分析,验证了钢塔架在木塔分层抬升、临时固定、纠偏扭转和降落复位等修缮全过程中的安全可靠性。杜雷鸣等(2010年)[71]应用ANSYS有限元软件,对应县木塔抬升修复方案中的关键问题—拔柱过程进行了模拟,为抬升工艺设计,抬升过程控制和拔柱过程检测提供了参考。袁建立、方应财等(2015年)[72]以应县木塔中变形严重的柱圈层为研究对象,针对楼阁式木构架的层叠构造及其变形特征,提出了木塔内部逐层纠偏复位的方法,并研制了配套的顶-拉复位装置[73]。彭胜男(2016年)[63]依据应县木塔水平张拉复位、内部“顶撑-张按”复位和顶升-张拉复位三种方法的基本思路,设计具体的复位力系布置方案。王瑞鹏(2018年)[65]根据木塔残损结构特点,对破坏倾斜状况较为严重的二层明层提出了一种采用“引入粘滞性阻尼器的新型柱间耗能加固装置”专利的加固方案,并通过有限元分析进行了模拟验证。

      目前关于加固方案的研究仅停留在理论层面,实际操作的可行性和安全性尚待验证。

结语

      有关应县木塔受力性能的研究已经较为丰富,本文总结了近80年来应县木塔的勘察测绘、结构监测、试验与模拟、结构受力性能、修缮加固等方面的研究内容,仍然存在着很多不足与尚未解决的问题,有待进一步研究,以便更科学和正确的保护应县木塔。可喜的是,木塔结构特性研究目前已获初步共识,相应的试验、监测及理论研究正在广泛、有序开展,有望在近期获得实质性进展,较大幅度提升全性评估的科学性与可信性,更好地指导木塔保护实践。

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