三维地震作用下古建筑木结构地震响应与隔震控制研究

发布时间：2020-05-17 00:30

【摘要】：古建筑木结构不仅是中国的瑰宝也是世界的珍宝,其文化价值和历史价值无法估量。随着大大小小的城市都被高楼大厦占据后,中国的古建筑木结构正在逐渐消失,也由于古建筑木结构的材料为木材,其物理性能不像混凝土材料那样稳定,容易受到天灾人祸的影响而导致性能退化,现存古建筑木结构绝大多数都处于不同程度的残损状态。与此同时,地震不确定性和随机性也给处在历史河流中的古建筑木结构带来巨大的安全隐患,当遭遇强震时古建筑木结构很可能会受到损伤,严重时甚至倾倒。由于古建筑木结构一旦遭受损伤或破坏很难再恢复其历史面貌,会大大影响其文化价值和历史价值。目前隔震技术相对而言是非常适用于古建筑木结构抗震加固的,既可以有效的提高古建筑木结构的抗震能力,又可以保持古建筑木结构的历史风貌。因此针对古建筑木结构展开抗震以及隔震加固研究在当前形势下是十分有必要的。本文以西安钟楼为研究对象,利用大型通用有限元ANSYS软件平台,对古建筑木结构展开抗震性能研究,揭示不同地震量级、地震输入方向、地震波选取等系列参数对古建筑木结构动力响应的影响规律,并进一步开展古建筑木结构基础隔震控制研究,探讨震动控制效果及其隔震层参数对其的影响规律。本文主要研究工作与取得的结论如下:1.采用ANSYS和SAP2000软件平台分别建立西安钟楼有限元模型,验证了所建西安钟楼模型的合理性,对比分析两种软件计算得到的模态和动力时程结果,并同时将ANSYS分析结果与现有文献有关西安钟楼的研究成果进行对比,以确保所建西安钟楼有限元模型方法的正确性,在此基础上,根据规范中木材材料年代的调整系数建立不同年代的古建筑木结构有限元模型。2.研究了西安钟楼有限元模型在多遇、设防以及罕遇地震动即加速度峰值为0.1g～0.4g作用下的动力响应。随着地震强度的增大,西安钟楼的榫卯节点摩擦耗能性能也随着增强,降低水平向地震响应,但对竖向的地震响应没有起到较为明显的作用,在罕遇地震作用下,西安钟楼尚未达到木构架整体稳定性能残损点的界限值,仍具有一定的稳定性。3.研究了三维地震作用下古建筑木结构的动力响应,在罕遇地震作用下结构的不同维度的地震作用组合输入的差值比较为显著,且三向地震作用的响应均大于双向地震响应和单向地震响应,表明在强震作用下地震波的竖向分量对古建筑木结构具有一定的影响力,不可忽略不计。4.分析了不同年代的古建筑木结构动力时程响应,研究结果表明,随着古建筑木结构距今建造时间从100年～500年,结构水平向的加速度峰值和基底剪力均呈现减小的趋势,最大位移与最小位移的差值随着建造时间的增长而增大,随着年代越久远,结构抗震性能就越差。5.将基础隔震技术引入古建筑木结构并建立其隔震模型进行震动控制研究,进一步讨论了水平刚度、阻尼比等隔震层参数对古建筑木结构动力响应的影响,结果表明,其在罕遇地震下能够有效控制上部结构震动,基础隔震后结构动力响应基本完全集中在隔震层上,大大提高古建筑木结构的抗震性能,对古建筑木结构进一步加固。此外,隔震结构的加速度峰值对着水平刚度的增加而增加,随着阻尼的增大而减小,可为古建筑木结构开展隔震分析与设计提供参考和技术支撑。
【图文】：

图１－１太和殿逦

三维地震作用下古建筑木结构地震响应与隔震控制研究

图１－３都江堰二王庙垮塌逦
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU366.2;TU352.1

【参考文献】