第1章　绪论
1.1　研究背景
中国古建筑木结构具有悠久的历史和光辉的成就。中国以原始农业为主的经济方式，造就了其在文明演进中重选择、重采集、重储存的生活、生产方式，由此衍生发展出中国传统哲学——“天人合一”的宇宙观。“天人合一”是对人与自然关系的揭示：自然与人乃息息相通的整体，人是自然界的一部分。中国古人将木材选作主要建材，正是看重它与生命的亲和关系，由此发展出技术高超、艺术精湛、风格独特的木构建筑体系，不仅在世界建筑史上自成一体、独树一帜，而且也成了中国古代灿烂文化的重要部分。一座座优秀的中国古代建筑，犹如一部部凝固的音乐篇章，在给人美的享受的同时也激发人民爱国热情和民族自信心
（图1-1）。诚如建筑大师梁思成先生所言：“中国建筑乃一独立之结构系统，历史悠长，散布区域辽阔 数千年来无遽变之迹，渗杂之象，一贯以其独特纯粹之木构系统，随我民族足迹所至，树立文化表志，都会边疆，无论其为一郡之雄，或一村之僻，其大小建置，或为我国人民居处之所托，或为我政治、宗教、国
图1-1　中国木结构古建筑：楼阁式和殿堂式防、经济之所系，上自文化精神之重，下至服饰、车马、工艺、器用之细，无不与之息息相关。中国建筑之个性乃即我民族之性格，即我艺术及思想特殊之一部，非但在其结构本身之材质方法而已”［1］。
与此同时，社会的快速发展，城市的飞速扩张，环境的日益变化也让古建筑的保护面临前所未有的巨大危机与挑战。在古建筑木结构修缮加固工作中仍存在着草率“落架大修”、对残损构件盲目换新，以及选择加固措施时仅考虑结构安全性，而忽视对古建筑价值的负面影响等问题。“大拆大修”、“过度维修”不仅导致了古建筑本体价值信息的丧失，也违反了文物保护的基本原则，甚至会造人为破坏（图1-2）。因此，如何在科学保护思想的指导下，借鉴先进的技术理念，探索适宜性的保护方法，以让这些珍贵的文化遗产延年益寿，应是每位文保科研工作者肩负的使命和奋斗的方向。
1.1.1　中国古建筑木结构的构造特点和损坏规律
中国的古建筑木结构，几千年来一脉相承，形成了特有的建筑艺术风格。木构架体系由柱、梁、枋、檩等木构件组成，柱是主要的承压构件，梁、枋是主要的受弯构件，屋面的木基层则由椽子、望板等构件组成。木构建筑的优点，如模数化的构件易于加工、便于组装、建造快捷，榫卯节点抗震性能优越等等。而作为社会历史文化的重要体现，与木构件浑然一体的雕刻、彩画、题记等元素也承载着大量的历史信息，是古建筑不可分割的组成部分（图1-3）。
木材属生物质材料，所以木构建筑的缺点也是与生俱来的，常见的材质损坏包括：腐朽、虫蛀、开裂、断裂或劈裂等（图1-4）。木构件的腐朽，主要发生在以下部位：一是柱子，如包砌在墙体内的木柱，长期处在潮湿的环境中，极易糟朽。木柱的糟朽，一般是从柱脚处和外表开始的，然后逐渐由外向内、由下而上，由轻而重，逐步发展。当柱子严重糟朽时，就会对整个木构架带来严重影响，如造成构架下沉，屋面变形漏雨；而屋面漏雨又会造成屋面木基层——望板、椽子等构件糟朽，严重者还会波及木构架，造成大木构件（如梁、枋）的损坏。木柱糟朽还受到朝向的影响，如经常受雨水侵蚀的墙体（如东墙、南墙）更为潮湿，墙内柱子更易糟朽，这些会引起一侧的柱子下沉，从而导致建筑物倾斜。如北方地区建筑的西、北两面又易受西北风的影响，强大的风力作用，会加剧建筑物的倾斜，经年累月最终会造成房屋倒塌。二是屋面，由于木构件使用不合理，如檩子过细，梁枋截面过小，或天长日久木材力学性能退化导致构件挠变形，带来屋面变形，瓦面灰背开裂；再一种是由于檐头椽子翼角下垂变形，出现檐头下垂、屋面裂缝现象，特别是翼角部分更易出现此种现象，上述两种情况最终均可导致漏雨从而引起木构件的糟朽［2］。引发木柱及梁枋糟朽的还有一种情况，多见于修缮时用于替换旧构件的新木材，其含水率严重超标，由于表面地仗、彩画的密闭包裹，木构件内的水分难以蒸发，从而导致糟朽。使用含水率超标的木材还会在构件表面出现干缩开裂的问题。
木结构的损坏，除因漏雨、潮湿而造成的构件糟朽外，还有生物损害、物理损害、化学损害以及自然灾害（如台风、洪水、雷击、地震、失火）损害等。生物损害包括微生物损害和动物性损害两类。引起木材微生物损害和生物污染的微生物主要有木腐菌、变色菌、霉菌和细菌。其中木腐菌可使木材发生生物败坏，形成严重腐朽。木材微生物损害的机理是微生物产生的酶分解了木材的纤维素、半纤维素及木质素。木材的动物性损害主要是指蛀木甲虫和白蚁对木材的破坏。蛀木甲虫损害主要表现为虫眼和虫道的形式，而白蚁专门蛀食木材年轮的早材部分，破坏木材的纤维素和半纤维素，木材被害成沟状、深缝状，严重时整个木材仅剩下片状或条状的晚材部分。北京的故宫［3］、碧云寺和十三陵［4］等处古建筑均曾发现有白蚁危害，如碧云寺西配殿1963年突发坍塌，检查结果发现750px2见方的木柁已被白蚁蛀空。木材的物理损害包括紫外线及长期荷载作用下的变形等。如古建筑木构件的受压变形，有时木材材质并没有发生明显的腐朽，但某些梁已出现垂弯和梁端的受压破碎。如山西应县佛宫寺释迦塔底层的某些梁栿在巨大重力下长期受压而引起的劈裂、变形［5］。木材的化学损害则包括金属、气体和各类酸、碱、盐及有机溶液对木材的不良影响。而自然灾害则会使木结构出现不同程度的残损甚至毁灭性的破坏。
综上，通过简要分析中国古建筑木结构的构造特点和损坏规律，才有利于针对性地选择适宜性的科学保护及修缮加固方法。
1.1.2　中国古建筑修缮保护的观念和原则问题
古建筑木结构的修缮保护需要适用的科技手段与保护科学理论互相交融。修缮保护原则及理论是修缮保护技术体系的基础，修缮保护理念的发展又必须建立在相应技术同步发展的基础上。结合新科技的发展为修缮保护技术注入更多内涵，才能更好实现古建筑修缮保护的初衷。
20世纪是中国社会发生巨大变革的时期。自五四运动后，古建筑保护在中国传统文化的影响下，在建筑历史研究需求的促进下，文化界逐渐形成了“古代建筑既是建筑物也是文物”的概念。1949年，中华人民共和国成立后，逐步开展了对古建筑的全面调查研究和重点修缮保护工作。20世纪80年代，随着国际文化遗产保护原则的引入，深刻影响了中国文物保护原则的形成和调整。特别是2000年通过的《中国文物古迹保护准则》实现了中国古建筑保护与国际文化遗产保护的理念接轨，为21世纪中国从文物保护向文化遗产保护的跨越式发展奠定了基础。
20世纪30年代，中国营造学社以重新刊行李明仲《营造法式》为契机，以研究中国营造传统为目标，把古代建筑和建造方法及制度作为主要的研究对象。1930年南京国民政府公布了《文物保存法》，1935年颁布了《暂行古物之范围及种类大纲》，对受保护的古物做了界定。

目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 中国古建筑木结构的构造特点和损坏规律 2
1.1.2 中国古建筑修缮保护的观念和原则问题 5
1.1.3 预防性保护理念对中国古建筑修缮加固的影响 8
1.1.4 中国古建筑木结构保护及修缮加固的相关法律规范 10
1.1.5 中国古建筑木结构的现状勘测和检测技术 12
1.1.6 中国古建筑木结构的修缮加固技术 16
1.2 研究意义 17
1.3 国内外研究现状 18
1.3.1 古建筑木结构无损检测技术研究 18
1.3.2 FRP材料加固古建筑木构件技术研究 21
1.3.3 文献评述 26
1.4 本书的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题 26
1.4.1 研究内容 26
1.4.2 研究目标 27
1.4.3 拟解决的关键问题 27
1.5 拟采取的研究方案及可行性分析 28
1.5.1 研究思路与技术路线 28
1.5.2 研究方法 29
第2章 古建筑木结构勘查及修缮加固示例 30
2.1 示例一：佛光寺东大殿 30
2.1.1 佛光寺东大殿的测绘及残损检测 31
2.1.2 佛光寺东大殿的修缮加固策略 31
2.2 示例二：保国寺大殿 32
2.2.1 保国寺大殿的测绘 33
2.2.2 保国寺大殿的材性及残损检测 33
2.2.3 保国寺大殿构件的修缮加固 34
2.3 示例三：佛宫寺释迦塔 35
2.3.1 佛宫寺释迦塔的勘查 35
2.3.2 佛宫寺释迦塔的修缮加固 36
2.4 示例四：故宫中和殿 37
2.4.1 中和殿某断裂中金檩的勘查 38
2.4.2 中和殿某断裂中金檩的修缮加固 38
2.5 示例分析 38
2.6 本章小结 39
第3章 FRP板隐蔽式加固古建筑木梁的基础试验 41
3.1 木材、FRP板和碳板胶的材性试验 41
3.1.1 木材材料 41
3.1.2 FRP材料 52
3.1.3 粘接剂材料 53
3.2 表面嵌贴FRP板与古建筑木材的粘结锚固性能试验研究 54
3.2.1 试验设计与方法 55
3.2.2 试验结果与分析 59
3.2.3 粘结滑移本构模型 66
3.3 本章小结 66
第4章 FRP板隐蔽式加固古建筑缩尺木梁抗弯试验 69
4.1 CFRP、GFRP板隐蔽式加固古建筑缩尺木梁抗弯试验 69
4.1.1 试验设计与方法 69
4.1.2 试验结果与分析 76
4.2 本章小结 93
第5章 CFRP板隐蔽式加固古建筑残损木梁抗弯试验 94
5.1 CFRP板隐蔽式加固古建筑缩尺残损木梁抗弯试验 94
5.1.1 试验设计与方法 94
5.1.2 试验结果与分析 97
5.2 CFRP板隐蔽式加固古建筑足尺残损木梁抗弯试验 105
5.2.1 试验设计与方法 106
5.2.2 试验结果与分析 112
5.3 CFRP板隐蔽式加固古建筑足尺旧木梁抗弯试验 122
5.4 本章小结 124
第6章 FRP板隐蔽式加固古建筑木梁理论分析与数值模拟 126
6.1 FRP板隐蔽式加固古建筑木梁抗弯性能的理论分析 126
6.1.1 基本假定及加固木梁受弯破坏类型分析 126
6.1.2 木梁弯矩的计算模型 130
6.1.3 木梁挠度变形加固的计算模型 133
6.2 FRP板隐蔽式加固古建筑榫卯拼接木梁抗弯性能的数值模拟 136
6.2.1 数值仿真理论基础 136
6.2.2 有限元仿真 138
6.2.3 影响加固因素的敏感度分析 140
6.3 本章小结 143
第7章 FRP板隐蔽式加固古建筑木梁工法研究 144
7.1 古建筑木梁构件材料力学性能及内部缺陷的无损检测 144
7.2 古建筑木梁构件的安全性判定及价值判定 146
7.3 应用FRP板隐蔽式加固木构件的施工及验收要求 146
7.3.1 加固施工的一般规定 147
7.3.2 加固的施工准备 147
7.3.3 木梁构件的表面处理 148
7.3.4 粘贴FRP板 149
7.3.5 表面防护 149
7.3.6 施工安全和注意事项 149
7.3.7 检查验收 149
7.3.8 木构件创口的防护处理 150
7.4 局部糟朽木梁的加固处理 150
7.5 弯垂木梁的加固处理 150
7.6 檩条的加固处理 151
7.7 古建筑木梁、枋构件加固后的监测 151
7.8 CFRP板隐蔽式加固古建筑木梁案例研究 152
7.8.1 研究思路与主要内容 152
7.8.2 制作安装足尺模型 152
7.8.3 加固工法实施 154
7.8.4 加固后性能评价 159
7.9 本章小结 162
第8章 结论与展望 164
8.1 主要研究成果 164
8.2 未来工作展望 167
参考文献 168
附录 Abaqus参数化计算脚本 175