本文由中国论文联盟艺术 的精华,是我国古代高层建筑的杰出代表。各地现存的古塔不仅具有宝贵的文物价值,也具有极高的科研价值,对研究我国古代建筑技术的 发展 具有极其重要的意义[1]。
我国是一个多地震的国家,我国的古塔建筑大都处于地震高发区,据 文献 统计,觉大多数古塔的破坏、倒塌、都是因为地震造成的[2],今后仍然面临着地震破坏的威胁。现阶段古塔建筑的抗震 计算 方法主要是有限元法,古塔年代久远,材料弹性模量的取值具有特殊性和不确定性。本文运用有限元软件ANSYS,建立砖石古塔三维实体模型,以研究塔体在不同弹性模量下的抗震性能。
1 砖塔的结构构造及有限线元模型
1.1 砖塔的结构构造
该塔平面为正六边形,塔身共17层,坐落在正六边形的塔基上,塔体由基座、塔身、塔檐等部分组成,螺旋蹬道从底部贯穿到7层。标准层平面图见图1,各层结构尺寸见表1。
1.2 有限元模型
1.2.1 材料的特性
砖石古塔结构的质量及其分布一般是均匀、合理的。根据规范[2]砖砌体的密度一般取为1 900 kg/m3,在轴心受压的情况下,砖砌体将产生横向变形。横向变形与纵向变形的比值为泊松比,由于此塔年代久远泊松比?酌取为0.15。根据《砌体结构设计规范》(2002-03-01)在一定的应力范围(弹性形变)内,材料的应力与应变量成正比,这个比例常数称为弹性模量或弹性系数[3],对于砌体结构材料的弹性模量由砌块强度和砂浆强度决定。初步确定砖为MU15,由于砖石古塔年代久远对确定砂浆强度带来一定的困难,以下分3种方案研究砖石古塔的动力特性。
方案一:砂浆强度为M0.4,弹性模量为E=785f=785×0.96=784 MPa;
方案二:砂浆强度为M1.0,弹性模量为E=1 100f=1 100×1.54=1 694 MPa;
方案三:砂浆强度为M2.5,弹性模量为E=1 300f=1 300×1.69=2 197 Mpa;
1.2.2 模型的建立
采用solid45单元建模,三维模型见图2,自动划分网格,共生成165 320个单元,14 986个节点,有限元模型见图3。
2 砖塔的动力特性
2.1 动力分析模型
砖石古塔属于高耸建筑,与 现代 高层建筑有类似之处,通常将塔看作底端固定的悬臂杆[4]。采用的 计算 模型有离散参数的杆系模型、壁式框架模型及平面应力有限元模型等等,本结构分析采用有限元模型[5]。该砖塔结构规则对称,质量和刚度逐层均匀变化,可将塔体结构简化成变截面的悬臂杆模型,即可假定塔体底部刚接,每层简化成一个正六变形截面,采用弹性梁单元,建立动力模型,并对其进行地震反应分析,其运动方程如下: 本文由中国论文联盟WWW.LWLM.COM收集整理。
2.2 砖塔地震反应分析
该砖塔为国家一级保护文物,根据现行《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)取为乙类建筑。抗震设防烈度在本地区抗震设防烈度(7度)的基础上提高一度,故以下计算按8度考虑,场地类别为Ⅱ类,地震分组为第二组,其特征周期Tg=0.4 s,结构阻尼比为0.02,地震波采用El-Centro波(N-S),分别对以上3种情况进行常遇地震进行分析。各种方案位移图见图4。
2.3 计算结果分析
就砖塔结构在3种不同弹性模量下位移反应来看(见图4),由于弹性模量的不同,位移差别很大。方案一顶部位移为246 mm,方案二顶部位移为328 mm,方案三顶部位移为441 mm,方案一与方案三相差44.2%,可见弹性模量是影响砖石古塔动力特性重要因素之一。
3 结论
由以上分析可以看出,弹性模量对砖石古塔动力特性影响较大,弹性模量的取值直接影响着古塔的抗震性能,在古建筑分析中要加强对弹性模量取值的重视,以免使分析结果与实际偏差过大。
参考 文献 :
[1]魏俊亚,古塔建筑的抗震保护研究[J],西安建筑科技大学硕士 论文 ,2005.5
[2]周云,宗兰等土木工程抗震设计[s], 科学 出版社,2005
[3]魏俊亚,张东平.砖石古塔动力特性研究[J].工程抗震与加固改造,2008,30(5):103 106
[4]蔡勇,施楚贤,马超林,包太.砌体在剪压作用下抗剪强度研究[J].建筑结构学报,2004,25(5):118-123
[5]苏明辉,张欣,砌体结构的抗震综述[J],陕西建筑,20066(132):13
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