地震損傷對磚塔動力特性影響的小型振動臺試驗研究.pdf

1、作為重要的歷史建筑文化遺存，磚石古塔在我國有著悠久歷史。磚石古塔本身自重大、材料強度低、塔體構造復雜，在風雨、戰(zhàn)火等外部因素作用下，古塔普遍受損嚴重，結構性能退化，需要予以保護。對于在地震中受到損傷的古塔，其結構性能更是發(fā)生重大變化。地震損傷對磚石古塔結構動力特性的影響狀況，對于研究如何提高古塔抗震性能的措施、保護古塔免遭未來地震的破壞，顯得十分重要。因此，本文開展古塔模型電磁式振動臺試驗，研究模型在地震作用下的動態(tài)響應、破壞特征、損傷

2、分布與損傷演化等，對磚石古塔等類似歷史文化遺存的保護，具有重要的理論價值與現實意義。
　　(1)研制與原型古塔具有良好相似性的試驗模型。歸納總結磚石古塔結構構造特征、常見破壞形態(tài)及其損傷特征，選取四川德陽龍護舍利塔為結構原型，根據古塔的結構形態(tài)、幾何尺寸、材料特性與結構構造特征，以及所用試驗振動臺功率，研制試驗用模型。在選擇合適的模型幾何尺寸的基礎上，計算模型幾何尺寸、重量與原型結構的相似比例，根據相似關系準則進一步推算選用材料的

3、強度、彈模等結構性能指標與原型結構的相似關系，確定各參數的相似比例關系。研究模型制作工藝，保證試驗用模型的各項技術指標。
　　(2)研究小比例模型小型振動臺試驗的地震記錄波處理方法，對3個試驗模型開展振動臺試驗研究。選用試驗原型古塔所在地的四川什邡八角地震臺記錄的2008年汶川地震波為試驗用地震波，根據相似關系，對該地震原波數據進行濾波、修正、壓縮等處理，得到振動試驗用地震波。將處理過的地震波輸入振動臺，通過多次迭代進行非線性修正

4、，得到振動臺驅動信號，確保振動臺的臺面輸出信號具有選用地震波的頻譜特征。制訂振動臺試驗加載方案，對試驗模型進行振動試驗，記錄模型在振動臺試驗中的動力反應過程與試驗數據。
　　(3)對三座模型的振動臺試驗數據進行分析處理，研究模型結構地震損傷前后的動力響應指標變化，得到地震損傷對模型結構動力特性的影響。依據模型結構在振動臺試驗中的響應數據資料，采用專門數據軟件，提取出在不同動力加載步下模型結構的自振頻率、阻尼比、峰值加速度響應、加速

5、度放大系數、峰值速度和峰值位移響應，以及層間位移角等參數指標，并與記錄的模型結構動態(tài)響應視頻相對照比較，分析出損傷對模型結構的自振周期、阻尼比、加速度反應譜特征、加速度與位移峰值的影響。
　　(4)采用ABAQUS有限元軟件對模型結構進行彈塑性時程分析，將數值模擬結果與試驗資料進行對比分析，進一步驗證損傷對模型結構動力特性的影響。建立分析模型，輸入地震波，對模型進行彈塑性時程分析，得到模型結構在地震波激勵性下的模型結構的加速度、應

6、力、速度、位移等反應譜。對比驗證數值模擬與試驗數據的各項動力特性指標，兩者具有高度一致性，研究結構表明:塔身裂縫等損傷將降低模型結構的自振頻率、結構的阻尼比增大;損傷嚴重塔身的結構層間位移顯著放大;結構損傷的累積，不斷降低結構的剛度;塔體的薄弱部位會率先進入局部坍塌狀態(tài)，當頂部塔體與主體結構瞬間分離后，主體結構剛度有可能突然放大，結構反應也急劇放大，在特定地震作用下，塔體結構有進一步垮塌的可能性。
　　由于模型結構的局限性，古塔中