留存下来的中国古建筑是历史记忆、文化发展、文明进步的载体,木结构古建筑是其重要组成部分。得益于其卓越的结构性能,传统木结构甚至可屹立千年不倒,为中国传统文化以及古人建筑技术的研究提供了重要素材。然而,自然环境的侵蚀、荷载的持续作用、偶发灾害(地震、大风)等导致现存的古建筑木结构承载性能显著降低。对这些建筑的修缮加固是使其“延年益寿”的主要途径,改善或恢复其抗震性能是修缮加固工作的重要内容。科学地研究传统木结构的抗震性能、合理地揭示木结构的抗震机理是木结构抗震加固的重要前提,也是进行木结构修缮工作的重要参考。基于古建筑木结构抗震加固工作的需求,本文在国家自然科学基金项目(51338001,51278324)的支持下,以中国宋式传统木结构为研究对象,参照《营造法式》设计并制作了一个含柱架层和斗拱层的1:2整体木构架缩尺模型。对该模型进行了六次拟静力测试,研究了整体木构架,柱架层及斗拱层的滞回性能,分析了竖向荷载和加载历程对木构架抗震性能的影响,并从能量角度揭示了此类木结构的抗震机理。主要研究成果如下:(1)通过初次加载和重复加载两个阶段的测试,研究了不同竖向荷载下整体木构架的滞回特性、变形和承载性能、刚度变化特征及耗能特性,并定量分析了重复加载导致的木构架承载力、刚度和耗能变化。结果表明,随着水平位移幅值和木构架所经历加载历程的不同,重复加载导致木构架承载力下降5%-24%,刚度下降1%-36%,耗能下降4%-26%,然而木构架的变形和耗能能力不受加载历程的影响,结构具有良好的承受多次水平荷载作用的能力。(2)基于整体木构架的拟静力测试,分析了斗拱层和柱架层协同工作时各结构层的滞回特性。研究结果表明,相对于斗拱层,柱架层承载力和刚度均较低,当柱架层已经屈服,甚至接近倾覆时,斗拱层仍处于弹性状态;柱架层对结构耗能起决定性作用,六次测试中木构架80%以上的耗能均来自于柱架层;此类木结构的滞回特性可完全反映于柱架层。(3)此类木结构的恢复力特性可用双线型线性强化弹塑性模型表征,竖向荷载及重复加载的影响可反映于模型各特征段刚度的差异;木构架恢复力的理论分析表明,柱摇摆及榫卯节点的弯矩抵抗力是此类木结构恢复力的主要来源。(4)基于能量转化的木构架抗震机理分析表明,木构架位移幅值较小时,输入结构的能量主要转化为滞回耗能和木构件的弹性应变能;随着木构架位移幅值增大,重力势能的存储对结构抗震的影响越来越显著,结构在大变形下,60%的输入能量可转化为重力势能储存于木结构,极大的减小了木构件的损坏。这种能量转化机制是木结构抵抗多次地震,尤其是大震的重要手段,也是此类木结构耗能能力弱而抗震性能好的重要原因。此外,采用Abaqus有限元软件对木构架抗震机理的模拟分析与试验结果能较好的吻合。