砖石质不可移动文物本体监测/检测技术研究进展

砖石质不可移动文物作为历史文化的重要组成部分,一直受自然灾害、周边环境以及人类活动的影响,其本体健康状况始终处于风险之中。鉴于此,首先总结了砖石质不可移动文物本体的主要病害及成因,包括变形、渗漏水、风化与内部劣化;然后针对不同病害综述了对应的多种监测/检测技术的原理及特征,并根据实际工程案例进一步分析了各监测/检测技术的应用方法;在此基础上对比了各技术的优势与缺陷并给出了实用性的建议。研究发现,针对砖石质不可移动文物本体上述病害的监测/检测技术已取得了一系列进展,监测设备种类多、特征不一,鉴于砖石质不可移动文物的易损性与不可代替性以及各种技术自身的局限性,在技术选择时,需要结合监测的多样化需求,如无损、实时、低成本等,确定出最优的监测方案。最后,根据现有的监测/检测技术研究基础,提出了灵活调整监测策略、提高监测/检测技术的普适性、加强监测/检测内容的针对性、探索多技术的联合应用、注重关键技术与协作模式的创新等若干需要继续探索的问题。

微波技术在砖石质文物含水率检测中的应用

水是造成砖石质文物劣化的主要因素之一,因此探明其在文物内部的分布、运移规律是开展保护研究的重要基础。微波技术在检测材料内部的水分含量方面表现出较好前景,但在文物保护领域还未普遍应用。基于此,本研究首先介绍了微波技术的理论基础和相关仪器,并选取山西省的长春玉皇庙为对象,针对砖石材料的内部含水率开展了室内样块检测和现场墙体检测。结果表明,微波技术能够较为准确地揭示出文物内部的空间含水率分布规律,这对于研究其病害成因等具有重要作用。此外,与其他多种无损检测技术相比,微波技术检测材料含水率的优点更多,值得文物工作者进一步研究与应用。

砖石质文物建筑结构安全稳定性能提升措施研究

砖石质文物建筑历经百余年环境因素产生劣化损伤后,多数存在安全隐患。国家现行相关规范标准中所提供工程常用的结构安全性能提升措施与文物建筑的保护原则之间,存在诸多难以协调的矛盾。而新的修缮措施中又缺乏对文物建筑整体稳定性能提升有效性的分析评价方法。为此,以清华大学图书馆老馆Ⅰ期为例,在其结构现状分析的基础上,提出增设内钢框架和外拉索的修缮方案。新增结构基本不侵入文物建筑本体,不改变原结构传力路径,基本实现了“不改变文物原状、最低限度干预、措施可逆”的文物保护原则。正常使用极限状态的承载力分析表明:采取性能提升措施后,随着原结构材料逐步劣化,原结构承载能力进一步降低,荷载才将逐渐转移至新增结构。建立了与文物建筑材料连接界面相适应的离散体结构力学模型,抗倒塌分析结果表明:8度罕遇地震作用下,各部分主体结构最大层间位移角小于1/100,新增结构可大幅提升防震性能,实现了预防地震倒塌的结构稳定性能目标。

古代岩土质砌筑文物胶凝材料劣化分析

砌筑胶凝材料的耐久性对于砌体结构的稳定性有重要作用。对取自两处典型岩土质砌筑文物建筑海龙屯飞龙关、飞凤关遗址和马尔康直波雕群的胶凝材料样品性能进行了测定,表明原砌筑胶凝材料基本为就地取材,采用传统工艺及传统方法制作而成。由于未经改性,传统胶凝材料在成分及结构方面的缺陷,也成为后期劣化的源头。微结构是影响胶凝材料结构强度的重要因素。

砖墙(柱)-木屋架古建筑结构静力破坏机制与稳定性能指标

针对砖石质古建筑中普遍存在的砖墙(柱)-木屋架结构,以某文物展馆为例,建立了符合古建筑材料、构造机理特征的离散体分析模型。选取4种不同筑砌方式,对砖石质古建筑的损伤产生及破坏机制进行了研究;对砖柱不同高宽比及界面不同摩擦系数的砖柱-木屋架结构进行静力推覆分析,得到了不同工况下的柱顶水平荷载-位移全过程性能曲线;重点将砖石质古建筑从屈服损伤到临界失稳过程与全过程性能曲线中对应的性能点进行对比研究,发现柱竖向位移角峰值点为结构临界失稳极限点。研究了稳定性能指标对应性能点确定方法:对于结构不发生明显损伤的水平位移角限值,在砖柱高宽比为8、10和大于12时,分别为1/240~1/200、1/290~1/250、1/340~1/300;对于结构静力稳定状态的水平位移角限值,在砖柱高宽比为8、10和大于12时分别为1/40、1/70、1/100。