残损砖石古塔动力特性及地震反应分析

摘要

砖石古塔融合了中外建筑文化的精华，体现了我国古代建筑的杰出成就。但因建造年代久远，且遭受自然与人为破坏，现存砖石古塔结构材料性能下降，结构存在损伤。为了给残损砖石古塔结构抗震保护提供科学依据，应依据现存古塔结构损伤状况，进行结构动力分析。基于结构损伤理论，对古塔的力学计算参数进行修正，以表征结构的既有损伤。通过对兴教寺玄奘塔、测师塔、基师塔的结构保存现状进行调研，并对其动力特性进行了原位测试，将结果与数值计算结果进行对比，确定了测师塔的结构损伤状况。依据残损结构的计算参数，进行了测师塔地震反应分析，研究了该塔在地震作用下的动力响应规律，并对结构抗震薄弱部位进行判定。具体工作包括：
　　对陕西省西安市兴教寺古塔建筑群结构保存状况进行了调研，量测了玄奘塔、测师塔与基师塔的结构尺寸、砌筑块体尺寸及砌筑缝宽、既有裂缝及走向特征进行了量测；并查阅相关文献，对该塔群的建造及结构修复历史资料进行了整理；并对古塔砌筑块体材料尺寸及砌筑缝隙宽度进行了测量，对结构既有裂缝进行了观测。
　　应用超低频动态测试系统，对测师塔进行原位动力测试试验，采集了该塔在地脉动作用下结构振动的速度与位移信号，通过频域分析得到了该塔沿水平方向及竖向振动的前二阶频率。
　　在弹性条件下按现行规范确定砌体的弹性模量，采用通用有限元软件ABAQUS计算了兴教寺测师塔的振动频率，将计算结果与测试结果进行对比，分析了该塔结构损伤，确定了损伤参数。
　　依据损伤参数，对无损弹性砌体的力学参数进行修正后，分别输入单向、双向及三向地震波进行测师塔的地震反应分析，计算了古塔各层的位移及应力反应，依据计算结果对古塔的抗震薄弱部位进行了判定，为残损砖石古塔结构抗震保护提供了参考。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2 研究现状

1.3本文的主要研究工作

2 兴教寺古塔结构保存现状分析

2.1兴教寺概况

2.2兴教寺古塔建筑群概况

2.3兴教寺塔结构材料与砌筑工艺概况

2.4结构残存状况

2.5本章小结

3测师塔动力测试试验及损伤理论

3.1动力测试原理

3.2动力测试方案

3.3 ABAQUS计算测师塔动力特性

3.4损伤定义与衡量指标

3.5无损模型与损伤模型

3.6本章小结

4. 测师塔结构动力反应分析

4.1荷载的输入

4.2位移反应分析

4.3 应力反应分析

4.4抗震的薄弱环节

4.5测师塔震害的预测

4.6本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录