应县木塔面临修缮加固,对其残损状态的详细了解与分析是进行合理修缮的重要保证。木塔所用主要材料为木材,受物理、化学、生物等的侵蚀及外力作用下的损坏,造成木材本身继续承载的能力削弱。木塔的结构构造方法与现代结构截然不同,其经历近千年而毅然耸立显示了其结构上的合理与精妙,但材料性能的削弱和强外力的多次作用使其损伤和残损变形的累计达到了威胁其安全的程度。现状的残损、周围环境的改变和人为不利因素的影响加速了木塔继续损伤的速度。通过本文的研究,系统的分析了木塔主要残损类型及机理,形成了一种新的分析古建筑结构的方法,提出了自己对木塔修缮的考虑。主要研究成果如下: (1) 从时间、唐辽宋时期中国建筑的发展及法式制度角度讨论了《营造法式》与应县木塔之间的关系。系统地量化描述了应县木塔承重柱与整体残留的水平和竖向变形;指出各个构件之间有较大的相对变位并且这些相对变位之间存在差异,特别是二层平坐各柱柱头上的铺作层水平相对位移不一致。这些对木塔的安全造成了严重的威胁,是修缮加固应优先考虑的问题。 (2) 分析了各类构件的残损类型:有柱子的径面开裂、柱脚朽损和劈裂、表面侵蚀、表层老化,梁和枋的端部开裂、腐朽、环裂、弯折、持久受力下的大变形,铺作斗拱中的华拱及斜华拱折断下垂、栌斗劈裂等。这些成为各类构件中的常见残损类型。残损的结果是木塔构件有效截面削弱,部分构件丧失承载能力,降低了木塔的可靠性。这是修缮工程中需要大量进行而又非常棘手的问题。 (3) 进行了木塔现状实体的动态测试试验,得到了木塔的一至四阶径向和切向振型及固有频率,推算了基频的阻尼比。分析识别了木塔的层间刚度,发现木塔的层刚度分布有突变之处,与残损加重部位非常吻合,是残损加重的重要原因之一。 (4) 提出采用综合分析方法进行木塔的非线性反应分析。利用现状实体的动态测试结果,通过频域转化、传递函数、小波分解等分析技术得到在预期的地震作用下木塔各层的线性反应;分析并采用了模型的试验结果,利用动能等效原则,推算出进入强震下的非线性影响,作为了解木塔结构的薄弱环节和评价地震影响的依据。 (5) 首次提出古建筑木结构的双参数地震损坏准则,初步划分了古建筑木结构震害等级及标定参数。通过对残损指标计算分析,得出了木塔地震影响的初步评价。发现在地震作用下,层倾斜位移的过度加大和残损严重部分耗能能力的明显降