古建筑旧木材材性变化及无损检测结果 古建筑木结构的保护维修知识

以故宫武英殿正殿维修时替换下来的落叶松、软木松、云杉、杉木和硬木松5个树种旧木材为材料,研究使用50~135年后各树种未腐朽材物理力学性质的变化及不同程度腐朽落叶松和软木松木材的物理力学性质衰减,定量分析了落叶松腐朽旧木材的阻力仪检测结果,讨论FFT分析仪检测未腐朽旧木材的动态弹性模量与静态弹性模量及抗弯强度的关系,目的是为了把握古建筑木结构用材因长时间使用引起的物理力学性质变化和腐朽衰减。

探索古建筑木结构材质状况无损检测结果定量化的分析方法和途径,为古建筑木结构的保护维修提供理论依据。
(1)落叶松、软木松和杉木树种未腐朽旧木材各项材性下降;硬木松和云杉树种旧木材各项材性增大;2004年维修时使用的软木松新鲜健康材的材性与使用了135年后的未腐朽软木松木材的材性相当。
(2)落叶松和软木松木材随着腐朽程度的加重,力学性能迅速衰减,其中抗弯强度降低最为明显,其次是抗压强度,密度变化最小。达到“3”级腐朽时, 2个树种旧木材抗弯强度剩余率均为30%左右,抗压强度的剩余率约为40%和50%。

(3)落叶松、软木松和云杉树种的密度与各项力学指标之间呈极显著相关,落叶松和软木松树种各自抗弯弹性模量与抗弯强度之间,也都达到了极显著相关,相关系数都在0.70以上。
(4)分析落叶松木材阻力仪检测值的变化时,将其划分为波峰区、平均值区和波谷区三个区域,并分别计算平均值。随着腐朽程度的加大,各检测平均值明显降低,尤其是从“3”级至“4”级腐朽降低最为明显,但波峰、波谷及加权平均值衰减率的差异不显著。波谷值与气干密度、抗弯强度及顺纹抗压强度之间极显著相关,波峰值和加权平均值与气干密度及抗弯强度极显著相关,与顺纹抗压强度显著相关。
(5)FFT分析仪检测落叶松和软木松木材的纵向动态弹性模量与静态弯曲弹性模量及抗弯强度之间极显著线性相关,动、静态弹性模量比值接近1,可采用FFT动态检测法代替常规的机械检测方法获得木材的抗弯弹性模量,并用数学模型推算抗弯强度值。