地震損傷對(duì)磚塔動(dòng)力特性影響的小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究.pdf

1、作為重要的歷史建筑文化遺存，磚石古塔在我國(guó)有著悠久歷史。磚石古塔本身自重大、材料強(qiáng)度低、塔體構(gòu)造復(fù)雜，在風(fēng)雨、戰(zhàn)火等外部因素作用下，古塔普遍受損嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)性能退化，需要予以保護(hù)。對(duì)于在地震中受到損傷的古塔，其結(jié)構(gòu)性能更是發(fā)生重大變化。地震損傷對(duì)磚石古塔結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響狀況，對(duì)于研究如何提高古塔抗震性能的措施、保護(hù)古塔免遭未來(lái)地震的破壞，顯得十分重要。因此，本文開(kāi)展古塔模型電磁式振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究模型在地震作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、破壞特征、損傷

2、分布與損傷演化等，對(duì)磚石古塔等類(lèi)似歷史文化遺存的保護(hù)，具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。
　　(1)研制與原型古塔具有良好相似性的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。歸納總結(jié)磚石古塔結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、常見(jiàn)破壞形態(tài)及其損傷特征，選取四川德陽(yáng)龍護(hù)舍利塔為結(jié)構(gòu)原型，根據(jù)古塔的結(jié)構(gòu)形態(tài)、幾何尺寸、材料特性與結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，以及所用試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)功率，研制試驗(yàn)用模型。在選擇合適的模型幾何尺寸的基礎(chǔ)上，計(jì)算模型幾何尺寸、重量與原型結(jié)構(gòu)的相似比例，根據(jù)相似關(guān)系準(zhǔn)則進(jìn)一步推算選用材料的

3、強(qiáng)度、彈模等結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)與原型結(jié)構(gòu)的相似關(guān)系，確定各參數(shù)的相似比例關(guān)系。研究模型制作工藝，保證試驗(yàn)用模型的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。
　　(2)研究小比例模型小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的地震記錄波處理方法，對(duì)3個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷_(kāi)展振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。選用試驗(yàn)原型古塔所在地的四川什邡八角地震臺(tái)記錄的2008年汶川地震波為試驗(yàn)用地震波，根據(jù)相似關(guān)系，對(duì)該地震原波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、修正、壓縮等處理，得到振動(dòng)試驗(yàn)用地震波。將處理過(guò)的地震波輸入振動(dòng)臺(tái)，通過(guò)多次迭代進(jìn)行非線(xiàn)性修正

4、，得到振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保振動(dòng)臺(tái)的臺(tái)面輸出信號(hào)具有選用地震波的頻譜特征。制訂振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加載方案，對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，記錄模型在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的動(dòng)力反應(yīng)過(guò)程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　(3)對(duì)三座模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，研究模型結(jié)構(gòu)地震損傷前后的動(dòng)力響應(yīng)指標(biāo)變化，得到地震損傷對(duì)模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。依據(jù)模型結(jié)構(gòu)在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的響應(yīng)數(shù)據(jù)資料，采用專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)軟件，提取出在不同動(dòng)力加載步下模型結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、峰值加速度響應(yīng)、加速

5、度放大系數(shù)、峰值速度和峰值位移響應(yīng)，以及層間位移角等參數(shù)指標(biāo)，并與記錄的模型結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)視頻相對(duì)照比較，分析出損傷對(duì)模型結(jié)構(gòu)的自振周期、阻尼比、加速度反應(yīng)譜特征、加速度與位移峰值的影響。
　　(4)采用ABAQUS有限元軟件對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)資料進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證損傷對(duì)模型結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。建立分析模型，輸入地震波，對(duì)模型進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，得到模型結(jié)構(gòu)在地震波激勵(lì)性下的模型結(jié)構(gòu)的加速度、應(yīng)

6、力、速度、位移等反應(yīng)譜。對(duì)比驗(yàn)證數(shù)值模擬與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的各項(xiàng)動(dòng)力特性指標(biāo)，兩者具有高度一致性，研究結(jié)構(gòu)表明:塔身裂縫等損傷將降低模型結(jié)構(gòu)的自振頻率、結(jié)構(gòu)的阻尼比增大;損傷嚴(yán)重塔身的結(jié)構(gòu)層間位移顯著放大;結(jié)構(gòu)損傷的累積，不斷降低結(jié)構(gòu)的剛度;塔體的薄弱部位會(huì)率先進(jìn)入局部坍塌狀態(tài)，當(dāng)頂部塔體與主體結(jié)構(gòu)瞬間分離后，主體結(jié)構(gòu)剛度有可能突然放大，結(jié)構(gòu)反應(yīng)也急劇放大，在特定地震作用下，塔體結(jié)構(gòu)有進(jìn)一步垮塌的可能性。
　　由于模型結(jié)構(gòu)的局限性，古塔中