1. 引言

木結(jié)構(gòu)是我國古建筑中的主要結(jié)構(gòu)形式，在歷史性城鎮(zhèn)中仍保留有許多歷經(jīng)百年甚至千年的古木建筑。例如我國現(xiàn)存最高、最古老的古代木結(jié)構(gòu)建筑——山西應(yīng)縣木塔，其在遭受近千年的強(qiáng)風(fēng)、地震以及人為破壞等作用后，依然屹立不倒，以及寧波保國寺大殿、山西五臺縣佛光寺大殿等。

這些古建筑是我國的重要?dú)v史文化遺產(chǎn)，但由于受到環(huán)境溫濕度變化的長期影響及木材本身的缺陷，木構(gòu)件中產(chǎn)生了開裂的現(xiàn)象，使得構(gòu)件的承載力降低，進(jìn)而影響整個結(jié)構(gòu)的安全，因此對這些構(gòu)件進(jìn)行加固非常必要。

木梁作為木結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件，其受力性能對整個結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。由于木材是一種各向異性的自然材料，其順紋抗剪強(qiáng)度和橫紋抗拉強(qiáng)度很低，且古建筑中的木梁由于處于荷載長期作用，木梁中產(chǎn)生沿縱向的裂縫。

本文主要研究了古建筑中木梁的可能破壞形式，并討論了木梁的加固方法。

2. 木梁的主要破壞形式

古建筑中的木梁由于受到自然環(huán)境的長期作用及服役時間長，其物理力學(xué)性能會下降，因而產(chǎn)生不同的破壞類型，主要包括如下3種破壞形式。

2.1腐朽破壞

對于長期處于潮濕環(huán)境中的古建筑木梁，會發(fā)生構(gòu)件的腐朽破壞，例如屋面的角梁：

腐朽破壞

由于角梁的位置在屋面，當(dāng)屋面漏雨時，會因為積水而對木梁產(chǎn)生腐朽破壞。腐朽會造成梁構(gòu)件的抗拉、壓、彎、剪等截面面積的減小，從而導(dǎo)致其承載力降低，對整個木結(jié)構(gòu)非常不利。

2.2開裂破壞

木梁中主要會產(chǎn)生兩種裂縫。一種為由于木材橫紋抗拉強(qiáng)度和順紋抗剪強(qiáng)度低導(dǎo)致的沿木梁縱向的受力裂縫，該裂縫一般尺寸較大：

開裂破壞

一種是由于構(gòu)件在制作當(dāng)時含水率較大，又由于環(huán)境中含水率的變化，木梁中的水分會和環(huán)境中的水分含量達(dá)到平衡，在這個過程中，木梁表面會產(chǎn)生干縮裂縫。裂縫會使木梁的材質(zhì)下降導(dǎo)致其抗拉、壓、彎、剪等性能降低，木梁在荷載作用下初始裂縫會進(jìn)一步開展。

2.3拔榫破壞

古建筑中連接(梁與梁之間及梁與柱之間)主要采用榫卯連接的形式，這些連接作為結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其力學(xué)性能對整個結(jié)構(gòu)的性能至關(guān)重要。在長時間外力作用或木材本身收縮等因素影響下，這些連接處很容易發(fā)生拔榫破壞：

拔榫破壞

拔榫使得梁、柱構(gòu)件有效受力截面面積減小，容易產(chǎn)生受拉、壓、彎、剪破壞，對結(jié)構(gòu)整體性造成一定影響。

3. 木梁加固方法

3.1古建筑木梁加固原則

我國的古建筑保護(hù)主要依據(jù)以下三部法規(guī)施行。首先為保護(hù)文物建筑及歷史地段的國際憲章中規(guī)定的古建筑保護(hù)原則，主要為1964年在意大利威尼斯通過的《威尼斯憲章》，憲章指出“修復(fù)過程是一 個高度專業(yè)性的工作，其目的旨在保存和展示古跡的美學(xué)與歷史價值，并以尊重原始材料和確鑿文獻(xiàn)為依據(jù)�！�

當(dāng)加固對象為與社會公益相關(guān)的文物建筑時，憲章規(guī)定“決不可以變動它的平面布局或裝飾”。其次為1982年國家頒布的《中華人民共和國文物保護(hù)法》，它將文物保護(hù)的概念納入法律范疇；

在1992年9月發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》，其中規(guī)定“古建筑的維護(hù)與加固，必須遵守不改變文物原狀的原則。原狀系指古建筑個體或群體中一切有歷史意義的遺存現(xiàn)狀。若需恢復(fù)到創(chuàng)建時原狀或恢復(fù)到一定歷史時期特點的原狀時，必須根據(jù)需要與可能，并具備可靠的歷史考證和充分的技術(shù)論證。”

由以上綜述可知，古建筑木梁加固主要遵循歷史建筑保護(hù)的“原真性、必要性和可逆性”，最大限度地保持古建筑的原有風(fēng)貌，滿足“修舊如舊”的修繕原則。

3.2. 已有工程中的修復(fù)方法

3.2.1剔補(bǔ)和嵌補(bǔ)

剔補(bǔ)的方法是直接將構(gòu)件中的腐朽部分清除，經(jīng)防腐處理后根據(jù)原尺寸形狀補(bǔ)上干燥木材，并用耐水性膠黏劑粘牢；

剔補(bǔ)的修復(fù)方法

嵌補(bǔ)的方法適用于梁的水平裂縫深度小于梁寬或直徑的1/4時，用木條和耐水性膠黏劑粘牢，并將縫隙粘貼嚴(yán)實。剔補(bǔ)和嵌補(bǔ)的修復(fù)方法僅在外觀上對構(gòu)件有一定修復(fù)作用，但難以恢復(fù)木梁的整體工作性能，不是一種行之有效的修復(fù)方法。

3.2.2加鐵箍加固

可在木梁的表面進(jìn)行鐵件環(huán)箍處理來修復(fù)木梁，該對受損構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)加固方法的工程應(yīng)用歷史較悠久，在清代的《工程做法》中就有關(guān)于加鐵箍對木構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)的詳細(xì)規(guī)定。該方法對木梁的修復(fù)有一定效果，但是鐵件容易銹蝕，銹蝕后的加固效果會大大削弱。

3.2.3下?lián)问戒摾瓧U加固

下?lián)问戒摾瓧U加固木梁的形式較多，下圖左列出了一種較簡單的加固形式，該方法一般適用于加固 截面小、承載力不足或者撓度過大的梁。在加固前，需檢查木梁端頭的材質(zhì)是否腐朽或蟲蛀，只有在材質(zhì)較完好的條件下才能保證拉桿的固定牢靠。

3.2.4. 夾接、托接方法加固

對于梁端木材發(fā)生腐朽、蟲蛀時，可采用夾接或者托接的方法來加固木梁。將木梁進(jìn)行臨時支撐，當(dāng)多個樓層的梁加固時，各支撐點應(yīng)上下對齊，在臨時支撐完成后，鋸去木梁損壞的部分，采用夾接、托接方法進(jìn)行加固，下圖右為該方法的示意圖。這種加固方法對構(gòu)件的外觀影響較大，不適用于對外貌有嚴(yán)格要求的建筑。

下?lián)问戒摾瓧U加固(左)及夾接加固方法(右)

由以上綜述可知，已有工程中的修復(fù)方法不能實質(zhì)上增強(qiáng)木梁的整體工作性能，或者在環(huán)境長期作用下存在耐久性問題，或其僅適用于木材本身材質(zhì)較好的情況，或?qū)��?gòu)件的外貌影響較大，這些修復(fù)方法均存在不足和局限性。

3.3現(xiàn)代加固技術(shù)

3.3.1纖維布加固木梁

纖維布由于其幾何可塑性強(qiáng)及自重輕等特點而廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)的加固，纖維布沿其紋路方向的抗拉強(qiáng)度很高，而木材的順紋抗壓強(qiáng)度較高，在FRP加固的木梁中，這兩種材料的性能都能得到很好的利用，并且材料間具有良好的粘結(jié)性能，能夠很好地協(xié)同工作。

FRP加固木梁

3.3.2自攻螺絲加固木梁

自攻螺絲是一種隨著現(xiàn)代工藝發(fā)展而制造出的新型的產(chǎn)品，由于其帶有自攻鉆頭，能方便貫入木梁中而不影響木梁本身的性能，自攻螺絲的抗拉強(qiáng)度較高，當(dāng)其沿著垂直木材橫紋方向貫入木梁中時，能和木材間建立良好的粘結(jié)，提高木梁的橫紋抗拉能力和順紋抗剪能力，增強(qiáng)木梁整體工作性能，從而達(dá)到提高木梁承載力的作用。

自攻螺絲及其與木材間的粘結(jié)

4. 結(jié)語

本文分析了古建筑木梁可能發(fā)生的破壞形式，并對其修復(fù)加固方法進(jìn)行了詳細(xì)的評述，在此基礎(chǔ)上提出了一種新的修復(fù)木梁的方法。主要結(jié)論可總結(jié)如下：

1) 古建筑木梁由于木材本身的缺陷或者環(huán)境的長期作用，容易發(fā)生腐朽、開裂及拔榫破壞等現(xiàn)象。

2) 已有工程中有許多修復(fù)加固木梁的方法，但均有其局限性，并不能廣泛適用于木梁的修復(fù)加固。

3) 已有相關(guān)研究表明FRP 在修復(fù)加固木梁方面有良好的效果，對其承載力、剛度和延性均有一定提高。

4) 自攻螺絲作為一種新型修復(fù)加固木梁的方法，通過增強(qiáng)木梁的整體工作性能達(dá)到較好的修復(fù)效果，并且施工方便，施工完成后對外觀完全沒有影響。