古建筑木塔结构线弹性有限元分析

【摘要】：应县木塔作为世界上现存最高的阁楼式木塔，其结构复杂，外形优美，具有极高的建筑成就和艺术价值。在其建成的957年历史中，历经沧桑，遭受多次自然和人为的破坏，经过历朝历代的修缮，木塔仍能挺立于晋北大地。然而，近几十年以来，木塔的残损越来越严重，许多结构构件变形严重，特别是二层明层柱的倾斜对木塔的安全构成了极大地威胁。现阶段，对木塔的测绘和现场试验资料已经较为完备，结构试验研究也取得了一定的成果。但若想更进一步的认识木塔的力学性能，数值模拟则是一条很好的路径。 本文结合应县木塔的维修保护工作，利用大型有限元软件Sap2000对应县木塔的静力和动力作用下的力学特征以及对其加固方案进行数值模拟，主要做了以下几个方面工作： （1）从实地调查和文献研究入手，结合木塔结构构造和力学特性，对应县木塔的结构体系进行了合理简化，建立应县木塔整体结构的有限元模型。 （2）将木塔二层明层倾斜作为影响木塔安全的主要因素，分析其对整体结构安全性能的影响，同时探讨了造成木塔倾斜的原因。 （3）对应县木塔进行了动力分析，得到了木塔前三阶振型和频率，结果与现场实测值能够较好的吻合，同时，对木塔整体进行了地震分析，讨论其在地震作用下的动力反应。 （4）针对造成木塔倾斜的原因，提出了加固思路和技术措施，在数值模拟的基础上，讨论了加固技术的可行性。