砖石古塔动力特性建模技术的研究与应用

【摘要】： 中国的古塔融合了外来文化与中华传统建筑艺术的精华，是我国古代高层建筑的杰出代表。现存的古塔不仅具有宝贵的文物价值，也具有极高的旅游观光价值。随着社会文明的进步，古塔的保护研究已成为文物保护的一项重要工作；现代科技的发展，也将促进古塔的保护工作从经验阶段转入科学阶段。 要对古塔进行维修和加固，首先必须对结构的安全性能、抗震性能和耐久性能有科学的评价，而合理的分析模型是科学评价的前提。对于任一结构来说，其损伤都将引起结构刚度的变化，从而引起动力特性的变化，因而可从结构的“动力特性”入手来建立合理的分析模型。 砖石古塔在我国古塔中历史最为悠久，体形最为高大，保存数量最多，具有重要的研究意义。本文结合科技部中国意大利合作项目“古建筑动力特性建模技术的研究”，以现存年代最久且倾斜度最大的楼阁式砖塔-苏州虎丘塔为研究对象，探讨砖石古塔动力特性建模技术。在建模技术的研究中，力图将当前最先进的计算技术与测试技术相结合，以实测结构的整体动力特性为参照，将理论模型的分析结果与之相比较，应用大型有限元分析软件ANSYS对模型中的某些约束和参数进行调整，使理论值与相应的试验结果最大程度地达到吻合，从而确定合理的分析模型。 本文的目的在于针对结构构造复杂、残损严重的古塔，研究动力特性建模技术的可行性。通过拟合模型参数，建立反映虎丘塔动力特性的三维实体模型，为进一步确定虎丘塔的损伤状态，对虎丘塔进行抗震鉴定、可靠性鉴定提供依据，同时也为其它同类古建筑的研究提供参考。 本文围绕动力特性联合建模技术的研究，重点探讨了以下内容： 1．砖石古塔结构参数的勘测和调整及应用ANSYS建立初始模型的技术； 2．砖石古塔动力特性影响因素的分析及用于模态识别的简化模型的确立； 3．环境脉动试验的关键技术及其在砖石古塔动力特性测试中的应用； 4．以实测动力特性参数为依据，应用ANSYS拟合模型参数的建模方法。 扬州大学硕士学位论文 研究表明，动力特性联合建模技术充分利用理论和实测的优势，既可以获得 整体结构动力特性的综合响应，又可以反映结构的各部件连接、约束、损伤等具 体情况，是一种可靠而有效的方法。