中国古建筑石牌坊在地震荷载作用下的力学行为及修复加固研究

发布时间：2017-08-30 17:45

  本文关键词：中国古建筑石牌坊在地震荷载作用下的力学行为及修复加固研究

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【摘要】：中国古建筑是中华民族五千多年文化精华的浓缩,也是中国传统物质与非物质文化融合的重要典范,更是古代人民智慧与勤劳的象征,它集中体现了中国优秀的古老文化在历史、文化、科技、艺术等多方面的传承与发展。牌坊,是一种由单排或多排立柱与横向额枋等构件通过榫卯连接而成的开敞式标志性古建筑。牌坊作为起源很早的古建筑,其出现的时间可以回溯到秦汉以前,至明清而达极盛。牌坊种类繁多,石牌坊因其修建材料为石材,自身重量大,体积大,雕刻气势磅礴,独显厚重雄浑的气息,虽历经上千年仍能基本保存完好,具有旺盛的生命力。但由于中国古建筑以木结构建筑居多,古建筑的科学研究方面多限于古木结构,古代石牌坊结构的研究相对较少。通过对古代石牌坊结构的发展历史以及众多牌坊的结构特点进行分析,对石牌坊结构的各组成构件的结构形式以及受力性能进行分析和总结。具体为分别对石牌坊结构的平面布置,石牌坊的结构体系,石牌坊的斗拱、夹杆石、雀替,榫卯连接,进行了具体的受力性能进行研究,从而得出石牌坊在整体布置、外观装饰、构件制作、节点连接等方面都模仿了古代木牌坊的建造方法,但是由于石材重量大,不易进行榫卯连接以及构件制作难度较大,对斗拱多进行可视部分的雕刻,因而石牌坊的斗拱在吸收地震能耗,对建筑屋盖所起的减震作用较古代木牌坊差。并且石牌坊石柱与横向额枋的连接较木结构也有一些区别。通过以天台山石牌坊为例,运用有限元分析软件MIDAS/Gen对石牌坊模型进行地震作用下的力学行为研究,通过在构件节点连接处加入具有六个方向变刚度的弹簧来对石牌坊结构的榫卯节点进行简化,并参考大量相关资料和学术论文对模拟榫卯节点的弹簧刚度系数进行修正。通过利用模态分析、反应谱法分析研究,得出石牌坊的主楼框架比较稳固,次楼额枋与主楼石柱的连接欠牢固,并得出了夹杆石对石柱起到了一定的侧向支撑作用,对整个石牌坊结构的稳固起到了很大的作用;还进行了时程分析研究,通过对石牌坊有限元模型分别输入7度多遇地震和7度罕遇地震作用下的EL-centro波、Taft波以及人工波,得出石牌坊结构的整体及节点破坏,提出需要进行修复加固的部位。通过有限元模型对天台山石牌坊结构地震作用下的力学行为进行分析以及对天台山石牌坊结构的破坏现状的考察,在遵循古建筑修缮原则的基础上,结合古建筑自身特点和修复加固的特殊方法,对石牌坊的修缮方案进行针对性的研究,为今后古石牌坊结构的修缮保护提供一个思考角度,并对仿古石牌坊的结构设计起到一定的借鉴作用。
【关键词】：石牌坊 有限元分析 地震作用 力学行为 修复加固
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU363;TU746.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 研究背景10-22
• 1.1.1 中国古建筑牌坊结构的发展历程10-14
• 1.1.2 中国古建筑牌坊结构的分类14-22
• 1.1.3 古建筑牌坊结构抗震性能研究的意义22
• 1.2 国内外古建筑研究现状及存在的问题22-25
• 1.2.1 古建筑结构抗震性能研究现状22-24
• 1.2.2 存在的问题24
• 1.2.3 古建筑的抗震分析方法24-25
• 1.3 本文主要研究内容25
• 1.4 研究途径及技术路线25-27
• 2 天台山石牌坊结构特点及抗震力学性能27-41
• 2.1 天台山石牌坊结构布置27
• 2.2 天台山石牌坊结构体系27-33
• 2.2.1 天台山石牌坊的屋盖28-30
• 2.2.2 天台山石牌坊的匾额30-31
• 2.2.3 天台山石牌坊的额枋31
• 2.2.4 天台山石牌坊的石柱31-32
• 2.2.5 天台山石牌坊的基座32-33
• 2.3 天台山石牌坊斗拱、夹杆石、雀替构件33-35
• 2.3.1 天台山石牌坊斗拱构件33-34
• 2.3.2 天台山石牌坊夹杆石构件34
• 2.3.3 天台山石牌坊雀替构件34-35
• 2.4 榫卯节点的种类及破坏形态35-40
• 2.4.1 榫卯节点的种类35-38
• 2.4.2 榫卯节点的破坏形态38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 3 天台山石牌坊有限元模型的建立41-45
• 3.1 有限元理论与有限元软件41-42
• 3.1.1 有限元分析理论介绍41
• 3.1.2 MIDAS/Gen有限元软件概况41-42
• 3.2 天台山石牌坊工程概况42
• 3.3 天台山石牌坊有限元分析计算步骤42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 天台山石牌坊结构动力分析45-69
• 4.1 天台山石牌坊结构模态分析45-49
• 4.1.1 模态分析基本概念及理论45
• 4.1.2 模态分析结果45-49
• 4.2 天台山石牌坊结构反应谱法分析49-52
• 4.2.1 反应谱法分析基本理论49-50
• 4.2.2 多自由度体系基本理论50
• 4.2.3 水平地震作用50-51
• 4.2.4 反应谱法分析结果51-52
• 4.3 天台山石牌坊结构时程分析52-68
• 4.3.1 时程分析基本概念及理论52-53
• 4.3.2 地震波的选取及调整53-59
• 4.3.3 时程分析结果59-68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 天台山石牌坊结构修复与加固研究69-78
• 5.1 古建筑修复与加固的重要性69-70
• 5.2 古建筑修复与加固基本原则70-72
• 5.3 古建筑修复与加固的特点72-73
• 5.4 天台山石牌坊结构破坏现状73-75
• 5.5 天台山石牌坊结构修复加固方案75-77
• 5.5.1 破坏部位的修复加固方案75-76
• 5.5.2 其他修缮保护措施76-77
• 5.6 修复加固注意事项77
• 5.7 本章小结77-78
• 结论78-79
• 展望79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果83-84
• 致谢84-85

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本文编号：760748