三維地震作用下古建筑木結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與隔震控制研究

發(fā)布時間：2020-05-17 00:30

【摘要】：古建筑木結(jié)構(gòu)不僅是中國的瑰寶也是世界的珍寶,其文化價值和歷史價值無法估量。隨著大大小小的城市都被高樓大廈占據(jù)后,中國的古建筑木結(jié)構(gòu)正在逐漸消失,也由于古建筑木結(jié)構(gòu)的材料為木材,其物理性能不像混凝土材料那樣穩(wěn)定,容易受到天災(zāi)人禍的影響而導(dǎo)致性能退化,現(xiàn)存古建筑木結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)都處于不同程度的殘損狀態(tài)。與此同時,地震不確定性和隨機性也給處在歷史河流中的古建筑木結(jié)構(gòu)帶來巨大的安全隱患,當(dāng)遭遇強震時古建筑木結(jié)構(gòu)很可能會受到損傷,嚴重時甚至傾倒。由于古建筑木結(jié)構(gòu)一旦遭受損傷或破壞很難再恢復(fù)其歷史面貌,會大大影響其文化價值和歷史價值。目前隔震技術(shù)相對而言是非常適用于古建筑木結(jié)構(gòu)抗震加固的,既可以有效的提高古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震能力,又可以保持古建筑木結(jié)構(gòu)的歷史風(fēng)貌。因此針對古建筑木結(jié)構(gòu)展開抗震以及隔震加固研究在當(dāng)前形勢下是十分有必要的。本文以西安鐘樓為研究對象,利用大型通用有限元ANSYS軟件平臺,對古建筑木結(jié)構(gòu)展開抗震性能研究,揭示不同地震量級、地震輸入方向、地震波選取等系列參數(shù)對古建筑木結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響規(guī)律,并進一步開展古建筑木結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震控制研究,探討震動控制效果及其隔震層參數(shù)對其的影響規(guī)律。本文主要研究工作與取得的結(jié)論如下:1.采用ANSYS和SAP2000軟件平臺分別建立西安鐘樓有限元模型,驗證了所建西安鐘樓模型的合理性,對比分析兩種軟件計算得到的模態(tài)和動力時程結(jié)果,并同時將ANSYS分析結(jié)果與現(xiàn)有文獻有關(guān)西安鐘樓的研究成果進行對比,以確保所建西安鐘樓有限元模型方法的正確性,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)規(guī)范中木材材料年代的調(diào)整系數(shù)建立不同年代的古建筑木結(jié)構(gòu)有限元模型。2.研究了西安鐘樓有限元模型在多遇、設(shè)防以及罕遇地震動即加速度峰值為0.1g～0.4g作用下的動力響應(yīng)。隨著地震強度的增大,西安鐘樓的榫卯節(jié)點摩擦耗能性能也隨著增強,降低水平向地震響應(yīng),但對豎向的地震響應(yīng)沒有起到較為明顯的作用,在罕遇地震作用下,西安鐘樓尚未達到木構(gòu)架整體穩(wěn)定性能殘損點的界限值,仍具有一定的穩(wěn)定性。3.研究了三維地震作用下古建筑木結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng),在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的不同維度的地震作用組合輸入的差值比較為顯著,且三向地震作用的響應(yīng)均大于雙向地震響應(yīng)和單向地震響應(yīng),表明在強震作用下地震波的豎向分量對古建筑木結(jié)構(gòu)具有一定的影響力,不可忽略不計。4.分析了不同年代的古建筑木結(jié)構(gòu)動力時程響應(yīng),研究結(jié)果表明,隨著古建筑木結(jié)構(gòu)距今建造時間從100年～500年,結(jié)構(gòu)水平向的加速度峰值和基底剪力均呈現(xiàn)減小的趨勢,最大位移與最小位移的差值隨著建造時間的增長而增大,隨著年代越久遠,結(jié)構(gòu)抗震性能就越差。5.將基礎(chǔ)隔震技術(shù)引入古建筑木結(jié)構(gòu)并建立其隔震模型進行震動控制研究,進一步討論了水平剛度、阻尼比等隔震層參數(shù)對古建筑木結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響,結(jié)果表明,其在罕遇地震下能夠有效控制上部結(jié)構(gòu)震動,基礎(chǔ)隔震后結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)基本完全集中在隔震層上,大大提高古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震性能,對古建筑木結(jié)構(gòu)進一步加固。此外,隔震結(jié)構(gòu)的加速度峰值對著水平剛度的增加而增加,隨著阻尼的增大而減小,可為古建筑木結(jié)構(gòu)開展隔震分析與設(shè)計提供參考和技術(shù)支撐。
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