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故宫养心殿墙体木柱缺陷状况无损检测研究

张典 于永柱 管成 王辉 张厚江 辛振波

张典, 于永柱, 管成, 王辉, 张厚江, 辛振波. 故宫养心殿墙体木柱缺陷状况无损检测研究[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(5): 127-139. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210028
引用本文: 张典, 于永柱, 管成, 王辉, 张厚江, 辛振波. 故宫养心殿墙体木柱缺陷状况无损检测研究[J]. 北京林业大学学报, 2021, 43(5): 127-139. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210028
Zhang Dian, Yu Yongzhu, Guan Cheng, Wang Hui, Zhang Houjiang, Xin Zhenbo. Nondestructive testing of defect condition of wall wood columns in Yangxin Hall of the Palace Museum, Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(5): 127-139. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210028
Citation: Zhang Dian, Yu Yongzhu, Guan Cheng, Wang Hui, Zhang Houjiang, Xin Zhenbo. Nondestructive testing of defect condition of wall wood columns in Yangxin Hall of the Palace Museum, Beijing[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2021, 43(5): 127-139. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210028

故宫养心殿墙体木柱缺陷状况无损检测研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20210028
基金项目: 中国博士后科学基金面上资助项目(2018M641225),北京市科学计划公益应用类项目(Z090506016609002),故宫博物院横向项目(2020HXFWGXY007)
详细信息
    作者简介:

    张典,高级工程师。主要研究方向:古建筑研究与保护。Email:zhangdian126@126.com 地址:100001 北京市东城区景山前街4号故宫博物院

    责任作者:

    管成,博士,讲师。主要研究方向:木材无损检测技术。Email:648911029@qq.com 地址:100083北京市海淀区清华东路35号北京林业大学工学院

  • 中图分类号: TU366.2;TS67;K928.71

Nondestructive testing of defect condition of wall wood columns in Yangxin Hall of the Palace Museum, Beijing

  • 摘要:   目的  古建筑墙体木柱部分或全部被墙体包裹,木柱与墙体接触部分易腐朽,检测操作空间差。通过对故宫养心殿墙体木柱缺陷状况的无损检测研究,探索墙体木柱缺陷状况无损检测评估方法,揭示墙体木柱腐朽存在的规律,为养心殿木柱修缮工作提供依据,也为其他木结构古建筑墙体木柱的无损检测和缺陷评估提供借鉴。  方法  以养心殿正殿、梅坞、东配殿、西配殿4座建筑中的68根墙体木柱为研究对象,首先利用木柱的外露面、透风口或拆口,进行现场检测,内容包括外部缺陷检测、敲击检测、内部缺陷检测、含水率检测和树种取样;然后对现场检测获得的木柱尺寸、缺陷类型和尺寸、微钻阻力曲线等数据资料进行汇总分析,评估每根被测木柱的缺陷情况,总结墙体木柱腐朽分布规律。  结果  养心殿墙体木柱整体保存状况较好;养心殿墙体木柱外部和内部缺陷的形式是不同的,外部缺陷的主要形式为外部腐朽和材料缺失,内部缺陷的主要形式为内部腐朽和空洞,而这两种缺陷的次要形式均为裂纹;对单根木柱而言,在横向截面上腐朽主要发生在木柱与墙体接触的区域,在纵向上腐朽主要发生在木柱底部,自下而上腐朽程度逐渐减轻;对全体木柱而言,双面外露木柱发生腐朽的概率较低,单面外露木柱发生腐朽的概率较高,完全被墙体包裹的木柱最容易发生腐朽。  结论  本研究所采用的方法用于墙体木柱缺陷状况无损检测评估是可行的,墙体木柱的位置、被包裹程度和树种对其缺陷状况均有影响。

     

  • 图  1  墙体木柱类型示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of types of wall wood columns

    图  2  微钻阻力检测路径示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of micro-drilling resistance detection path

    图  3  基于微钻阻力曲线的木柱内部缺陷推测示意图

    Figure  3.  Conjecture schematic diagram of wood column’s internal defects based on micro drilling resistance curve

    图  4  养心殿墙体木柱外部缺陷

    Figure  4.  External defects of the wall wood columns in Yangxin Hall

    图  5  不同等级木柱在养心殿中的位置分布

    Figure  5.  Position distribution of different grades of wood columns in Yangxin Hall

    图  6  不同等级木柱在养心殿中的数量分布

    Figure  6.  Quantity distribution of different grades of wood columns in Yangxin Hall

    图  7  檐柱外观图

    Figure  7.  Appearance photo of eave column

    图  8  微钻阻力检测曲线

    Figure  8.  Micro-drilling resistance detection curve

    图  9  检测位置及缺陷示意图

    Figure  9.  Schematic diagram of detection location and defect situation

    图  10  檐柱外观图

    Figure  10.  Appearance photos of eave column

    图  11  微钻阻力检测曲线

    Figure  11.  Micro-drilling resistance detection curves

    图  12  检测位置及缺陷情况示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of detection location and defect situation

    图  13  墙体拆口和柱面情况

    Figure  13.  Wall opening and cylinder situation

    图  14  微钻阻力检测曲线

    Figure  14.  Micro-drilling resistance detection curve

    图  15  检测位置和缺陷情况示意图

    Figure  15.  Schematic diagram of detection location and defect situation

    图  16  单面外露木柱腐朽规律示意图

    Figure  16.  Schematic diagram of decay law of single exposed wood columns

    图  17  不同包裹程度对木柱等级的影响

    Figure  17.  Effects of different wrapping degree on the grade of wood columns

    图  18  不同位置对木柱等级的影响

    Figure  18.  Effects of different position on the grade of wood columns

    表  1  养心殿墙体木柱类型和根数

    Table  1.   Type and quantity of wall wood columns

    建筑名称
    Building
    name
    双面外露
    Two exposed
    faces
    单面外露有透风口
    One exposed face
    with air vent
    单面外露无透风口
    One exposed face
    without air vent
    完全包裹有透风口
    Full coverage
    with air vent
    完全包裹无透风口
    Full coverage
    without air vent
    合计
    Total
    正殿 Main Hall8014 7130
    梅坞 Meiwu Hall01131 6
    东配殿 East Side Hall4460216
    西配殿 West Side Hall4460216
    合计 Total16 927 10 668
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    表  2  木柱分等标准

    Table  2.   Classification standard of wood column

    缺陷类型 Defect typeA等 Grade AB1、B2等 Grade B1 and B2C等 Grade C
    外部缺陷 External defectk < 0.050.05 < k < 0.45k > 0.45
    内部缺陷 Internal defectp = 00 < p < 0.15p > 0.15
    裂纹缺陷 Crack defectm ≤ 0.1, n ≤ 0.10.1 < m < 0.8, 0.1 < n < 0.8m > 0.8, n > 0.8
    注:k为外部缺陷面积比例系数;p为内部缺陷面积比例系数;m为裂纹长度比例系数;n为裂纹深度比例系数。Notes: k is the proportion coefficient of external defect area; p is the proportion coefficient of internal defect area; m is the proportional coefficient of crack length; n is the proportional coefficient of crack depth.
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    表  3  养心殿墙体木柱分等结果

    Table  3.   Grading results of the wall wood columns in Yangxin Hall

    建筑名称 Building nameA等 Grade AB1等 Grade B1B2等 Grade B2C等 Grade C
    正殿 Main Hall171120
    梅坞 Meiwu Hall1230
    东配殿 East Side Hall5470
    西配殿 West Side Hall8512
    共计 Total3122132
    比例 Proportion45.5%32.4%19.2%2.9%
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-27
  • 修回日期:  2021-03-16
  • 网络出版日期:  2021-04-15
  • 刊出日期:  2021-05-27

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