基于結(jié)構(gòu)變形特征和損傷現(xiàn)狀的應(yīng)縣木塔有限元模型研究.pdf

1、應(yīng)縣木塔是世界上現(xiàn)存最高的木結(jié)構(gòu)樓閣式佛塔，位于山西省應(yīng)縣西北佛宮寺內(nèi)，為全國(guó)第一批重點(diǎn)文物保護(hù)單位。木塔以挺拔的身軀、端莊的造型和悠久的歷史被國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界稱之為建筑瑰寶。全塔采用了四百多組構(gòu)筑奇巧的斗棋，是木塔最具特色的組成部分。經(jīng)歷了近千年的環(huán)境侵蝕和多次強(qiáng)地震作用，應(yīng)縣木塔的變形和損傷嚴(yán)重，亟待修繕加固。
　　 本論文在導(dǎo)師主持的中國(guó)-意大利國(guó)際合作項(xiàng)目《Modern approach to the protection

2、and restoration of architectural and historical heritage》框架下，以應(yīng)縣木塔為對(duì)象，依據(jù)典型斗棋的模型試驗(yàn)和力學(xué)分析，進(jìn)行斗棋力學(xué)性能和有限元模擬技術(shù)研究;結(jié)合木塔現(xiàn)場(chǎng)查勘和資料分析，開(kāi)展結(jié)構(gòu)變形特征和構(gòu)件損傷狀態(tài)的識(shí)別研究，構(gòu)建適用于木塔殘損狀況下安全性評(píng)價(jià)的三維有限元整體模型。論文主要完成了以下研究工作:
　　 1、在應(yīng)縣木塔斗棋模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展模型動(dòng)力特性分

3、析與建模技術(shù)研究，研制了基于摩擦耗能的斗棋有限元分析模型。模型可采用三維實(shí)體單元或梁?jiǎn)卧獦?gòu)建，以空間牛腿結(jié)構(gòu)的方式體現(xiàn)斗棋的構(gòu)造連接和傳遞荷載的基本特征，在斗與棋的接觸部位設(shè)置摩擦接觸對(duì)以實(shí)施構(gòu)件摩擦-剪切耗能的基本功能。模擬分析結(jié)果表明，該有限元模型具有較好的摩擦-剪切模擬功能，能有效地表達(dá)斗棋在豎向荷載和水平荷載共同作用下的力學(xué)特性，可用于古建筑木結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析和抗震性能的研究。
　　 2、依據(jù)陳明達(dá)專著《應(yīng)縣木塔》所提供的

4、建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)法式查勘和參數(shù)核對(duì)，構(gòu)建了體現(xiàn)木塔結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征的柱圈-層疊式有限元模型。該模型確定了木塔明層、暗層構(gòu)件(包括后來(lái)加固構(gòu)件)以及各鋪?zhàn)鞯牟贾梅绞胶蜆?gòu)造做法，完善了木塔樓梯、樓蓋、藻井及塔剎等構(gòu)建的細(xì)部構(gòu)造與連接方式，能真實(shí)有效的表現(xiàn)應(yīng)縣木塔現(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)構(gòu)造狀況。
　　 3、借鑒孟繁興、李鐵英、張建麗等關(guān)于應(yīng)縣木塔殘損狀況的研究資料，開(kāi)展構(gòu)件殘損程度的識(shí)別研究，對(duì)梁和柱等易確定截面情況的構(gòu)件提出了反映構(gòu)件細(xì)部損