收藏本站
收藏 | 论文排版

地震作用下木结构古建筑的动力分析

张锡成  
【摘要】:木结构古建筑在地震作用下的动力分析是其加固修缮的关键依据,也是古建筑结构保护亟需解决的难点问题。本文在定性分析木结构古建筑基本结构特性及抗震概念设计思想的基础上,对按照《营造法式》制作的一个单层单开间殿堂结构当心间模型进行了单向地震激励下的振动台试验,定量研究了殿堂结构在地震作用下的动力特性及地震反应特点;基于构件的恢复力特征建立了殿堂结构的空间有限元杆系模型,并进行了有限元动力时程分析;同时提出了综合考虑柱础滑移隔震、半刚性榫卯节点的特性及斗栱层耗能减震性能等木结构古建筑基本结构特点的简化计算模型;在动力非线性时程分析的基础上采用IDA方法对其抗倒塌性能进行了研究。本文完成的主要研究工作有: (1)从木结构古建筑的结构选型、结构体系布置、结构特殊构件和结构措施的使用等方面入手,探讨了其抗震概念设计思想,研究表明:木结构古建筑平面形状简单、规则,柱网布置对称,平面及竖向刚度均匀,严格限制房屋长宽比及高宽比,结构体型的选取符合当前抗震概念设计原则;柱平置浮搁于础石之上、构件之间采用榫卯连接、斗栱及大质量屋盖的采用使得木结构古建筑成为多重隔震减震的结构系统;“材份制”及“斗口制”等古典模数设计方法不仅确保了结构的安全性,而且同时考虑了木材蠕变与松弛对结构性能的不利影响;“侧脚”、“生起”等特殊构造做法及柱间斜撑和雀替的使用提高了结构的抗震性能,“抬梁式”屋架是一种“替力梁架”。 (2)对缩尺比为1:3.52的单开间殿堂式木结构模型进行了振动台试验,研究了在不同地震激励作用下柱脚、柱架顶面及屋盖的相对位移及加速度反应特点,分析了结构的动力特性、破坏模式、动力抗侧刚度的变化趋势及各层次的滞回耗能特点,得到了以下结论:随着结构损伤的不断累积,模型的自振周期及阻尼比随地震动强度的增加而逐渐增大,其波动范围分别为T=0.49~0.67s,ζ=2.9%~4.6%;柱脚滑移及榫卯变形具有隔震减震作用,而铺作层的隔震作用主要取决于地震波频谱特性及结构自振频率之间的相对比例关系;当名义PGA分别为300gal、400gal、600gal、900gal时,柱架的最大侧移角分别为1/70、1/50、1/35、1/21,柱架具有比现代结构更强的变形能力;随着地震强度的增大,结构整体刚度呈现出逐渐下降的趋势,其波动范围为0.346~0.028kN/mm;由榫卯节点连接的柱架侧移变形引起的能量耗散最大,柱脚滑移及铺作层变形的能耗较小且较为接近。 (3)建立了基于木结构古建筑结构特征及构件恢复力特性的空间杆系有限元模型,提出用正比于单元初始刚度的单元阻尼矩阵[c]_e=2ζ[k]_e/ω代替经典的Rayleigh阻尼以模拟古建筑中榫卯及斗栱的阻尼性能,进行了动力非线性时程分析,并与试验结果进行了对比,验证了计算模型的可靠性。在此基础上,对殿堂式木结构古建筑结构动力性能进行了参数分析,结果表明:柱脚刚接或者铰接后结构的整体加速度放大系数明显大于原始结构,在一定程度上削弱了木结构古建筑的抗震能力;斗栱的设置可明显延长结构的自振周期且具有减震作用,斗栱刚度越大,其耗能减震作用越弱;结构阻尼比的增加可有效降低木结构古建筑的地震反应;屋盖质量的增加会延长结构自振周期并增大结构相对位移反应,且有助于提高斗栱的耗能减震能力。 (4)提出了可以同时考虑柱脚滑移、榫卯半刚性连接及铺作层隔震作用的简化动力计算模型,建立了以水平位移(动力自由度)为未知量的集中质量模型并给出了各状态下的动力方程及统一表达式,给出了体系啮合及滑移两种状态之间转变的临界状态判定条件;采用Wilson-θ法对所建立的集中质量模型进行弹塑性时程分析,利用MATLAB软件编制了相应的弹塑性程序,并通过计算值与试验值的对比验证了程序的可行性。 (5)提出了柱脚滑移倒塌的相对位移判定准则及柱架层间倒塌的最大层间位移角判定准则,采用IDA分析方法对两种倒塌机制进行了研究,结果表明:普通地震波作用下木结构古建筑不易出现柱脚滑移倒塌破坏现象;长周期地震波作用下层间倒塌为最可能出现的倒塌机制,长周期地震波的危害性比普通地震波更大。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 方东平,俞茂宏,宫本裕,岩崎正二,彦坂熙;木结构古建筑结构特性的实验研究[J];工程力学;2000年02期
2 方东平,俞茂鋐,宫本裕,岩崎正二,彦坂熙;木结构古建筑结构特性的计算研究[J];工程力学;2001年01期
3 顾丽华,李志坚;中国木结构古建筑保护方法刍议[J];同济大学学报(社会科学版);1999年04期
4 倪旭慧;浅述蜀冈——瘦西湖风景名胜区古建筑的修缮[J];古建园林技术;2005年03期
5 熊仲明;韦俊;权吉柱;王军良;;古建筑殿堂型结构耗能减震性能的有限元分析研究[J];振动与冲击;2008年12期
6 高大峰;丁新建;曹鹏男;;西安清真寺木牌楼结构特性与抗震性能分析[J];地震工程与工程振动;2011年03期
7 罗才松,黄奕辉;古建筑木结构的加固维修方法述评[J];福建建筑;2005年Z1期
8 顾丽华,李志坚;中国木结构古建筑保护方法初议[J];南方建筑;2000年01期
9 王云升;刘洁慧;高美娟;;浅谈古建筑木结构材性及结构特性[J];科技创新导报;2010年14期
10 张少华;姬东;朱俊;瞿仲明;;多层木结构古建筑榫卯节点拼装技术研究[J];施工技术;2010年10期
11 孙金波;王旭华;;木结构古建筑的抗震性能分析[J];山西建筑;2010年30期
12 马付彪;滑程耀;王博;;灵泉村古建木结构构造探讨[J];上海建材;2006年05期
13 殷亚方;罗彬;张之平;张训亚;程业明;姜笑梅;;浅谈无损检测方法在木结构古建筑中的应用[J];古建园林技术;2010年03期
14 高大峰;曹鹏男;丁新建;;中国古建筑简化分析研究[J];地震工程与工程振动;2011年02期
15 高大峰;赵鸿铁;薛建阳;;木结构古建筑中斗栱与榫卯节点的抗震性能——试验研究[J];自然灾害学报;2008年02期
16 刘可晶;刘大为;;山西古代建筑巡礼[J];百科知识;2011年22期
17 张承佑;;古建筑木结构防火防腐浅谈[J];古建园林技术;1985年03期
18 姚侃;赵鸿铁;薛建阳;吴云泉;;木结构古建筑的抗震性能分析[J];建筑科学;2007年07期
19 姚侃;赵鸿铁;葛鸿鹏;;古建木结构榫卯连接特性的试验研究[J];工程力学;2006年10期
20 ;历史[J];建筑师;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方东平;俞茂鋐;;木结构古建筑的结构与保护研究——第九届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2000年
2 郝焱;;木结构古建筑的力学研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
3 罗才松;黄奕辉;;古建筑木结构的加固维修方法述评[A];古建筑施工修缮与维护加固技术交流集锦[C];2008年
4 柴泽俊;;山西古建筑历史地位和文化价值刍议[A];2010年三晋文化研讨会论文集[C];2010年
5 王小灵;;峨眉山市元代古建筑飞来殿落架维修及香殿搬迁工程[A];中国文物保护技术协会第三次学术年会论文集[C];2004年
6 孟繁兴;钟川人;;谈古代建筑木结构加固阻燃技术——兼议故宫的防火[A];中国紫禁城学会论文集(第一辑)[C];1996年
7 常亚平;郑庆春;;古建筑柱础石的演变与分期特点[A];中国文物学会传统建筑园林委员会第十六届年会论文汇编[C];2006年
8 沐蕊;;昆明木结构古建筑白蚁灾害与防治[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
9 沐蕊;;云南建水文庙虫害综合防治[A];中国文物保护技术协会第四次学术年会论文集[C];2005年
10 沐蕊;;云南陆军讲武堂白蚁种属及防治[A];文物保护与修复纪实——第八届全国考古与文物保护(化学)学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张锡成;地震作用下木结构古建筑的动力分析[D];西安建筑科技大学;2013年
2 张风亮;中国古建筑木结构加固及其性能研究[D];西安建筑科技大学;2013年
3 高大峰;中国木结构古建筑的结构及其抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2007年
4 贺斌;地震作用下海洋环境码头桩—土动力相互作用分析[D];武汉大学;2004年
5 李成;多层抗弯钢框架的结构影响系数和位移放大系数[D];西安建筑科技大学;2008年
6 刘林;大型火电厂主厂房少墙型钢混凝土框架结构体系地震作用效应与设计方法研究[D];西安建筑科技大学;2009年
7 安源;基于应力波的木材缺陷二维成像技术研究[D];中国林业科学研究院;2013年
8 阎奇武;钢筋混凝土框筒结构在地震作用下的空间杆系层模型非线性分析[D];湖南大学;2001年
9 肖晓春;地震作用下土—桩—结构动力相互作用的数值模拟[D];大连理工大学;2003年
10 姜彤;边坡在地震力作用下的加卸载响应规律与非线性稳定分析[D];中国地震局地质研究所;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李鹏飞;多层殿堂式木结构古建筑尚有阁的结构及抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2012年
2 张锡成;中国木结构古建筑的概念设计思想及抗滑移倒塌性能研究[D];西安建筑科技大学;2010年
3 陈特;木结构古建筑地震风险性评估[D];西安建筑科技大学;2013年
4 丁新建;西安永宁门箭楼城墙稳定性及其结构性能分析[D];西安建筑科技大学;2011年
5 马辉;中国高台基木结构古建筑动力特性及地震反应研究[D];西安建筑科技大学;2011年
6 孟涛;徽州木结构古建筑榫卯节点的破坏机理和加固仿真研究[D];安徽建筑大学;2013年
7 李小午;中国古建筑结构(抗震)性能分析[D];北方工业大学;2011年
8 王磊;清式厅堂古建筑与仿古建筑的结构性能比较研究[D];西安建筑科技大学;2012年
9 曹鹏男;西安古城墙永宁门箭楼结构及抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2011年
10 尚大军;无损检测评价技术在古建筑木构件维修中的应用研究[D];西北农林科技大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 孟苗;4亿元资金拉开南部早期古建筑保护帷幕[N];山西日报;2009年
2 记者张德明;国家文物局副局长董保华对长子县早期建筑保护 工作进行调研[N];长治日报;2009年
3 记者 郑静 见习记者 李辉;坚定信心 突出重点 狠抓落实[N];临汾日报;2009年
4 记者 褚艳;我省将修缮南部早期木结构建筑[N];山西经济日报;2009年
5 记者 熊蕊;500余岁开善寺迎来新生[N];雅安日报;2009年
6 记者 赵垒;晋城长治联手进京推介旅游[N];中国旅游报;2003年
7 林松煜 作者单位:泉州市城建档案馆;重视环境温湿度变化对古建筑的影响[N];建筑时报;2005年
8 ;《旱码头》续写周村传奇[N];淄博日报;2010年
9 李兵;太原儿童公园要“大变脸”[N];山西日报;2004年
10 朱华;多彩福地[N];浙江日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978