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——山西應縣木塔，其在遭受近千年的強風、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歷史文化遺產(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，進而影響整個結(jié)構(gòu)的安全，因此對這些構(gòu)件進行加固非常必要。

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)安全至關重要。由于木材是一種各向異性的自然材料，其順紋抗剪強度和橫紋抗拉強度很低，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度和順紋抗剪強度低導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，其力學性能對整個結(jié)構(gòu)的性能至關重要。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

我國的古建筑保護主要依據(jù)以下三部法規(guī)施行。首先為保護文物建筑及歷史地段的國際憲章中規(guī)定的古建筑保護原則，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與歷史價值，并以尊重原始材料和確鑿文獻為依據(jù)�！�

當加固對象為與社會公益相關的文物建筑時，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法》，它將文物保護的概念納入法律范疇；

在1992年9月發(fā)布了國家標準《古建筑木結(jié)構(gòu)維護與加固技術規(guī)范》，其中規(guī)定“古建筑的維護與加固，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。若需恢復到創(chuàng)建時原狀或恢復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貌，滿足“修舊如舊”的修繕原則。

3.2. 已有工程中的修復方法

3.2.1剔補和嵌補

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

剔補的修復方法

嵌補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，并將縫隙粘貼嚴實。剔補和嵌補的修復方法僅在外觀上對構(gòu)件有一定修復作用，但難以恢復木梁的整體工作性能，不是一種行之有效的修復方法。

3.2.2加鐵箍加固

可在木梁的表面進行鐵件環(huán)箍處理來修復木梁，該對受損構(gòu)件進行修復加固方法的工程應用歷史較悠久，在清代的《工程做法》中就有關于加鐵箍對木構(gòu)件進行修復的詳細規(guī)定。該方法對木梁的修復有一定效果，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。將木梁進行臨時支撐，當多個樓層的梁加固時，各支撐點應上下對齊，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，已有工程中的修復方法不能實質(zhì)上增強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，這些修復方法均存在不足和局限性。

3.3現(xiàn)代加固技術

3.3.1纖維布加固木梁

纖維布由于其幾何可塑性強及自重輕等特點而廣泛應用于木結(jié)構(gòu)的加固，纖維布沿其紋路方向的抗拉強度很高，而木材的順紋抗壓強度較高，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，自攻螺絲的抗拉強度較高，當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，增強木梁整體工作性能，從而達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，并對其修復加固方法進行了詳細的評述，在此基礎上提出了一種新的修復木梁的方法。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加固。

3) 已有相關研究表明FRP 在修復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加固木梁的方法，通過增強木梁的整體工作性能達到較好的修復效果，并且施工方便，施工完成后對外觀完全沒有影響。