古建木結(jié)構(gòu)震害模擬與庫藏文物減震措施研究.pdf

1、我國歷史上，著名的1679年三河平谷8.0級地震，1976年唐山7.8級大地震，2008年汶川8.0級地震，2013年蘆山7.0級地震等均造成當(dāng)?shù)卮罅抗沤窘Y(jié)構(gòu)建筑嚴(yán)重破壞或損毀，將來木結(jié)構(gòu)建筑仍然有很大幾率遭受到破壞性的地震，所以研究古建木結(jié)構(gòu)建筑群震害，對人類文化遺產(chǎn)的古建木結(jié)構(gòu)的保護(hù)具有重要意義。圍繞這一目的，本文主要完成了以下幾方面的工作:
　　(1)認(rèn)真閱讀《營造法式》等重要古建筑書籍和其他文獻(xiàn)資料，對我國木結(jié)構(gòu)發(fā)展史、

2、演化過程、基本結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)對柱礎(chǔ)、榫卯、斗拱抗震性能機(jī)理等做了簡單闡述，對古建木結(jié)構(gòu)建筑的抗震機(jī)理及抗震效果做了簡要分析。得到的基本認(rèn)識是，柱礎(chǔ)與柱石之間放置的方式為浮放，實(shí)現(xiàn)了天然隔震，榫卯通過榫頭卯口的相對擠壓產(chǎn)生的耗能能力降低了木結(jié)構(gòu)建筑的地震反應(yīng)。
　　(2)為能夠?qū)崿F(xiàn)具有上述特征的古建木結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，本文采用LS-DYNA非線性有限元分析軟件作為基本分析工具進(jìn)行研究。介紹了LS-DYNA的計(jì)算理論、計(jì)算流程、時(shí)間積

3、分方法及分析中所采用的單元（梁單元、殼單元、阻尼單元等）及相應(yīng)的單元特性，古建木結(jié)構(gòu)的榫卯節(jié)點(diǎn)采用彈簧阻尼單元進(jìn)行模擬，對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行取值;木材梁柱構(gòu)件使用梁單元模擬，在計(jì)算中認(rèn)為始終處于彈性階段，均按彈性構(gòu)件進(jìn)行考慮;墻體和屋面在有限元計(jì)算中使用殼單元模擬。
　　(3)為了研究木結(jié)構(gòu)建筑群的震害，采用LS-DYNA軟件以太和殿、中和殿、保和殿、文華殿四座木結(jié)構(gòu)建筑為例，選擇1976年唐山地震北京飯店記錄

4、和1999年臺灣集集地震動兩條地震動，從對應(yīng)于地震烈度分別為6度、7度、8度、9度的四個(gè)危險(xiǎn)性等級（0.05g、0.1g、0.2g、0.4g），對上述古建結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性地震反應(yīng)分析。以結(jié)構(gòu)位移、加速度反應(yīng)時(shí)程為基本參數(shù)分析，獲得結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的加速度放大系數(shù)和層間位移角，給出了結(jié)構(gòu)在不同地震動水平的地震反應(yīng)，分析推演了古建木結(jié)構(gòu)建筑群的地震震害現(xiàn)象。
　　(4)通過對典型古建木結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)原狀陳列的木質(zhì)供桌及其上浮放文物地地震反應(yīng)數(shù)

5、值模擬分析，得到原狀陳列文物在不同地震烈度下的震害現(xiàn)象，結(jié)合木結(jié)構(gòu)建筑本身的震害，可以得出古建結(jié)構(gòu)及內(nèi)部文物的總體震害。同時(shí)本文針對故宮地庫中文物儲藏柜缺少必要抗震措施的問題，設(shè)計(jì)了一種以粘滯阻尼器為核心的模塊化裝配式減震裝置，在盡量減小對庫房的環(huán)境干擾的前提下進(jìn)行減震措施可行性分析。以使用該種設(shè)計(jì)方法的兩種不同文物柜的布置形式為例進(jìn)行減震效果非線性數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)該減震措施可以實(shí)現(xiàn)文物柜地震反應(yīng)加速度、位移同時(shí)降低50％以上的良好減