地震損傷對磚塔動力特性影響的小型振動臺試驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、作為重要的歷史建筑文化遺存,磚石古塔在我國有著悠久歷史。磚石古塔本身自重大、材料強度低、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。對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。地震損傷對磚石古塔結(jié)構(gòu)動力特性的影響狀況,對于研究如何提高古塔抗震性能的措施、保護古塔免遭未來地震的破壞,顯得十分重要。因此,本文開展古塔模型電磁式振動臺試驗,研究模型在地震作用下的動態(tài)響應(yīng)、破壞特征、損傷

2、分布與損傷演化等,對磚石古塔等類似歷史文化遺存的保護,具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義。
  (1)研制與原型古塔具有良好相似性的試驗?zāi)P?。歸納總結(jié)磚石古塔結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、常見破壞形態(tài)及其損傷特征,選取四川德陽龍護舍利塔為結(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,以及所用試驗振動臺功率,研制試驗用模型。在選擇合適的模型幾何尺寸的基礎(chǔ)上,計算模型幾何尺寸、重量與原型結(jié)構(gòu)的相似比例,根據(jù)相似關(guān)系準(zhǔn)則進一步推算選用材料的

3、強度、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,保證試驗用模型的各項技術(shù)指標(biāo)。
  (2)研究小比例模型小型振動臺試驗的地震記錄波處理方法,對3個試驗?zāi)P烷_展振動臺試驗研究。選用試驗原型古塔所在地的四川什邡八角地震臺記錄的2008年汶川地震波為試驗用地震波,根據(jù)相似關(guān)系,對該地震原波數(shù)據(jù)進行濾波、修正、壓縮等處理,得到振動試驗用地震波。將處理過的地震波輸入振動臺,通過多次迭代進行非線性修正

4、,得到振動臺驅(qū)動信號,確保振動臺的臺面輸出信號具有選用地震波的頻譜特征。制訂振動臺試驗加載方案,對試驗?zāi)P瓦M行振動試驗,記錄模型在振動臺試驗中的動力反應(yīng)過程與試驗數(shù)據(jù)。
  (3)對三座模型的振動臺試驗數(shù)據(jù)進行分析處理,研究模型結(jié)構(gòu)地震損傷前后的動力響應(yīng)指標(biāo)變化,得到地震損傷對模型結(jié)構(gòu)動力特性的影響。依據(jù)模型結(jié)構(gòu)在振動臺試驗中的響應(yīng)數(shù)據(jù)資料,采用專門數(shù)據(jù)軟件,提取出在不同動力加載步下模型結(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)動態(tài)響應(yīng)視頻相對照比較,分析出損傷對模型結(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有限元軟件對模型結(jié)構(gòu)進行彈塑性時程分析,將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗資料進行對比分析,進一步驗證損傷對模型結(jié)構(gòu)動力特性的影響。建立分析模型,輸入地震波,對模型進行彈塑性時程分析,得到模型結(jié)構(gòu)在地震波激勵性下的模型結(jié)構(gòu)的加速度、應(yīng)

6、力、速度、位移等反應(yīng)譜。對比驗證數(shù)值模擬與試驗數(shù)據(jù)的各項動力特性指標(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;塔體的薄弱部位會率先進入局部坍塌狀態(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)有進一步垮塌的可能性。
  由于模型結(jié)構(gòu)的局限性,古塔中

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