古建筑木结构有着悠久的历史,是现存古建筑中一种主要的建筑结构形式,也是我国建筑文化遗产的重要组成部分。它具有华丽优美的外形、精巧细腻又繁多的局部构造及丰富合理的建筑结构思想,处处展现着古代劳动人民高超的建筑艺术与智慧,也因此而在世界建筑史上享有广泛的盛誉。其局部构造中的斗栱、雀替等构件更因其独创性而成为中国古建筑木结构中局部构件的典型象征。然而,由于年代久远使木材材料性能产生退化,再加上雨水侵蚀及地震等自然灾害的破坏作用,很多木结构都出现了不同程度的残损。在木结构中,破坏往往发生在局部构件上,如斗栱和雀替,以局部的破坏来消耗能量达到保护梁柱的目的,尽量避免木构架整体的坍塌,体现出古人高度的建筑结构智慧。局部残损看似不影响结构的正常使用,但任由其发展必然对整体结构不利,所以对其修缮与加固的工作一直在不断的进行。为了充分挖掘古建筑木结构的结构思想及探讨现存古代木结构的残损机理,从力学角度指导木结构的维修加固工作,并传承保护我国宝贵的建筑文化遗产,本课题组以“十二五”国家科技支撑计划课题(2013BAL01B04)为依托,在淮阳县太昊陵庙管理处和南阳市古代建筑保护研究所的委托下,对太昊陵建筑群进行结构分析与研究。本文从局部构造角度出发,选取统天殿柱头科斗栱及雀替为研究对象,对其进行静力分析、拟静力分析及弹性稳定分析,考虑接触非线性、几何非线性及材料非线性,探讨了斗栱的受力状态、刚度与位移、滞回性能及雀替对木梁架结构性能的改善状况。具体研究工作如下:(1)对淮阳太昊陵统天殿进行现场实地调研,通过现场实测及拍照等方式获得结构及构件的用材情况、基本尺寸以及各构件相互之间的连接形式等构造特点;对统天殿中出现的斗栱及雀替的种类与数目进行了详细的统计,并认真勘查统天殿出现的病害状况。根据调研结果,后期整理出结构整体及局部构件的详细图纸及残损现状表,为建模分析提供了第一手珍贵资料。(2)结合现场调研与相关文献,从力学角度分析,柱头科斗栱及梁柱结合处的雀替受力较为复杂,并具有一定的抗震性能,对木构架结构影响意义重大,因此确定其为本文的主要研究对象。通过广泛地查阅木结构相关书籍及实测图纸,对较为复杂的柱头科斗栱进行了详细的构成分析,定性探讨了斗栱的结构作用。同时对雀替及模型中涉及到的各构件的基本特征与连接特点进行了完整的介绍。(3)为探究统天殿斗栱的应力状态、薄弱部位及其抗震性能,利用有限元软件ANSYS进行实体建模分析,模型考虑了几何非线性、材料非线性及接触非线性问题。通过静力分析,研究了斗栱所处应力状态及变形规律,找到了斗栱的薄弱构件及其薄弱部位,可以为其修缮加固提供科学依据。另外,通过拟静力分析,研究了斗栱在循环往复荷载作用下的滞回性能,得到其滞回曲线、骨架曲线、延性系数、非线性系数、等效刚度及恢复力模型,从不同角度定量分析了斗栱的抗震性能,并对比分析了斗栱横向与纵向抗震性能的好坏。(4)为探究木梁架的结构性能及雀替之于木梁架的结构作用,建立了木梁架实体模型,分析了木梁架在竖向承载能力极限状态荷载组合作用下燕尾榫、梁端及梁架跨中的应力状态;通过有无雀替模型的对比,探究了雀替对梁柱节点转动刚度、梁架的跨中受弯、梁端受剪、局部受压性能及弹性稳定性等力学性能的影响。充分挖掘了雀替存在的科学性内涵,说明雀替不仅仅是一个装饰性构件,更有其存在的结构必要性。