古建筑墙体木柱缺陷对其安全性影响数值模拟研究

[目的]墙体木柱作为木结构古建筑最重要的承重构件之一,容易出现裂纹、腐朽等缺陷,而各类缺陷会影响墙体木柱顺纹压应力的分布,导致其承载力降低,进而影响其安全性,直接威胁整个建筑的稳定性.因此,研究不同类型的缺陷对古建筑墙体木柱安全性影响是很有必要的.[方法]首先建立了墙体木柱裂纹缺陷、腐朽缺陷以及复合缺陷几何模型,并定义了墙体木柱的受压安全性系数kc,然后使用Abaqus有限元软件分别模拟分析了裂纹缺陷模型、单侧腐朽缺陷模型、环形腐朽缺陷模型和复合缺陷模型最大顺纹压应力的大小和位置,探究了不同尺寸的缺陷对墙体木柱安全性的影响,并进行了实例验证.[结果]单侧腐朽缺陷以及复合缺陷会使墙体木柱在径向上出现较大偏移,对木柱的稳定性产生较大影响,而裂纹缺陷和环形腐朽缺陷在径向、顺纹方向和切向上偏移较小;裂纹缺陷、单侧腐朽缺陷、环形腐朽缺陷和复合缺陷都对墙体木柱最大顺纹压应力和安全性有较大影响,最大顺纹压应力总是出现在有效截面面积最小处,且均随各缺陷程度的增大呈指数增加,而安全性系数呈指数下降,同时复合缺陷对墙体木柱安全性的影响要大于单一缺陷对墙体木柱的安全性影响.半露明柱与暗柱在腐朽深度相同时,安全性相差不大,在腐朽面积相同时,半露明柱的安全性要远低于暗柱.[结论]裂纹缺陷和腐朽缺陷会降低墙体木柱的安全性,而有限元数值模拟能够计算出墙体木柱的顺纹压应力最大值,进而量化墙体木柱的安全性,其结果可以为墙体木柱的修缮提供依据.