基于土—结构相互作用的砖石古塔动力特性模型试验研究

摘要

砖石古塔是我国古代主要的高层建筑，它融合了中外文化及传统建筑艺术的精华，体现了我国古代建筑技术水平。现存砖石古塔由于年代久远，不断遭受人为与自然的侵害。汶川地震后，震区古塔破坏严重，使得人们增强了对古塔的保护意识。长期以来人们对古塔建筑的研究中多假定古塔地基为刚性，计算模型一般仅考虑上部结构，实际古塔却是建在地基上的，因此会对计算带来一定的误差。同时目前有关地基高度、宽度的变化对古塔动力特性影响的研究，也尚处起步阶段。
　　本文结合已有成果，以四川德阳市的龙护舍利塔为例，建立砖石古塔的缩尺模型，改变地基的厚度，测试砖石古塔的动力特性。同时结合数值模拟计算，研究地基不同因素对古塔结构动力特性的影响。全文主要内容如下:
　　(1)探究砖石古塔土-结构相互作用的研究现状，总结我国古塔的发展历程与结构特点，以及砖石古塔土-结构作用理论与求解方法。
　　(2)建立1/15的缩尺模型，设置不同厚度的土层，以此来改变地基参数对古塔结构的影响，分别进行动力特性试验，测试古塔结构在不同工况下的自振频率、振型以及各振型的阻尼比。
　　(3)运用ANSYS有限元计算软件，建立古塔在不同地基高度下的数值计算模型，进行模态分析，分析古塔结构的动力特性，得出地基高度对古塔试验模型的影响。同时与试验模型实测结果对比分析，验证有限元计算模型的准确性。然后考虑地基土宽度不同时。古塔试验模型自振频率的变化。总结在考虑土，结构相互作用下，此类砖石古塔模型地基尺寸的取值范围。模拟地基土弹性模量改变对试验模型自振频率的影响，探讨地基刚度对上部结构动力特性的影响。
　　(4)应用本文研究理论，对原型古塔进行有限元数值模拟，并与它的实测资料进行对比。使得本文研究得以应用，为以后此类砖石古塔土-结构相互作用模型的建立与研究提供了理论依据。