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张大妈

李一明 | 考虑材料劣化影响的古建筑抗震韧性研究

源自公众号:广州城市职业学院学报

01-28 19:30

古建筑保护面临地震威胁,传统抗震评估常忽略材料随时间劣化这一关键因素。本研究提出一种时变抗震韧性评估方法,量化分析了不同服役期古建筑的抗震性能变化,为更精准地制定文物保护策略提供了科学依据,具有重要的理论和现实意义。

李一明 | 考虑材料劣化影响的古建筑抗震韧性研究智能速览

  • 提出了一种考虑材料劣化的古建筑时变抗震韧性评估方法。

  • 研究显示,服役时间越长,古建筑的地震功能损失越大,抗震韧性越低。

  • 以一座百年石砌古建筑为例,量化分析了材料老化对修复时间和成本的具体影响。

  • 古建筑的抗剪强度随服役时间急剧下降,200年后或仅为初始强度的3%。

  • 韧性计算中,控制时间的设定(修复时间或恢复时间)会显著影响最终评估结果。

李一明 | 考虑材料劣化影响的古建筑抗震韧性研究精华内容

古建筑的寿命究竟如何影响其抵御地震的能力?一项新的研究尝试量化这种时间带来的脆弱性,揭示材料劣化与抗震韧性之间的深层联系。

时间侵蚀下的古建

中国现存古建筑约6.72万处,其中许多位于地震多发区。2008年汶川地震、2010年玉树地震等均造成大量文物建筑损毁。这些破坏往往是不可逆的,其修复时间长达数年甚至十年,带来的间接经济损失远超直接损失。传统的加固方法已不足以应对,需要更全面的视角,而“抗震韧性”正是这样一个综合评价指标,它涵盖了建筑的减灾能力、灾后控制与恢复能力。

时变韧性评估法

研究提出了一种新的古建筑时变抗震韧性评估方法。该方法首先建立考虑环境影响的砖石材料时变劣化模型,然后通过非线性增量动力分析(IDA),得到建筑在不同服役年限下的地震易损性曲线。最后,结合结构在不同损伤状态下的性能指标阈值,计算出功能损失、修复时间、恢复时间等关键数据,最终量化出建筑的抗震韧性指数。

百年古建案例实测

研究选取一座位于高烈度区的19世纪石砌古建筑作为案例。数据分析明确显示,随着服役时间增加,建筑的抗震性能显著下降。在0.3g的地震动强度下,与新建建筑相比,服役100年的建筑地震损失增加21.36%,修复时间增加约2天;而服役200年的建筑,地震损失则激增188.19%,修复时间延长约17.5天。这直接表明材料劣化导致后期维护成本大幅增加。

控制时间的影响

研究还发现,韧性计算中“控制时间”的选取对结果影响巨大。控制时间是由管理者设定的目标恢复期限。当控制时间设定为更长的“恢复时间”而非“修复时间”时,评估出的韧性值会更高。并且,随着材料劣化加剧,不同控制时间设定下的韧性差距也会被放大,服役200年的建筑其韧性差距远大于新建结构。

本研究证实了材料劣化是古建筑抗震韧性的关键影响因素。量化评估方法为文物建筑的精准防护和维护成本预算提供了新视角。未来,如何将此模型更广泛地应用于不同类型的古建保护中,将是一个重要课题。

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