晋祠舍利生生塔砖结构的地震破坏形态研究

鉴于我国古塔砖结构在强震中呈现的墙体弯曲型破坏形态及优异的抗震性能,本文对太原晋祠舍利生生塔结构的地震破坏形态进行了分析。首先将塔身作为整截面墙体分析了其地震内力及受弯、受剪承载力,定义并计算了受弯、受剪负载系数,对各层的破坏形态进行了分析,研究得出塔体底部墙体为弯曲破坏形态、上部为剪切破坏;进一步,建立结构的有限元模型并施加等效水平地震侧力,通过定义和计算单元的拉压负载系数,研究了墙体弯曲破坏时受拉、受压区的失效过程,结果表明,塔体下部墙体弯曲破坏时,截面受拉区先拉裂失效,继而受压区失效破坏。本研究为砖塔的维修加固提供了依据,特别对古塔砖结构的地震破坏形态作了探索,旨在为当代砌体结构寻找高效抗震减灾途径。

古砖塔内植锚杆加固前后抗倒塌能力研究

古砖塔作为古代高层建筑的杰出代表,是中国古代建筑中最为宝贵的一笔文化遗产。长年的风雨侵蚀和人为的损坏,古砖塔的稳定性和承载力也大大降低,在地震时会发生严重的破坏,因此,开展砖石古塔的保护研究,对古建筑的保护具有重大的现实意义。本文通过应用单元法,对地震作用下古砖塔加固前后的抗震性能进行了仿真模拟,重点研究建筑内植锚杆加固技术对古砖塔抗倒塌能力的影响。发现在地震作用下,未加固的古砖塔倒塌过程基本与汶川地震中古砖塔的倒塌情况类似。从上部楼层的墙体相对变形较大,部分墙体抗剪强度不足脱落开始,随着变形的继续增大,上部多层出现倒塌。采用建筑内植锚杆技术加固后,加强了砖墙的约束,提高了墙体的抗剪、抗拉强度,以及抗变形能力,在墙体发生破坏时,加固后的墙体由于內植锚杆的存在,使得结构的层间刚度下降很小,越向上的楼层,这种作用越明显,使得在整个地震作用过程中未出现倒塌破坏。

古砖木塔结构安全性评估的研究

古塔结构的安全性评估,是确定古塔修缮加固方案的重要基础工作。在扬州文峰塔修缮加固工程中,应用环境随机振动试验、有限元分析和振型分解法理论计算等方法,综合评估了古砖木塔结构的安全性。

楼阁式错角筒砖塔结构性能分析研究

砖石古塔在我国古塔中历史最为悠久,在现存古建筑中体型最为高大,保存数量最多,具有重要的研究意义。以南京牛首山弘觉寺塔为研究对象,利用部分实测数据以及材性指标,应用有限元分析软件ANSYS对楼阁式古塔特有的错角结构与一般楼阁式直筒结构性能进行了对比。研究发现两种结构的动力特性及荷载作用下的结构性能相似,但错角筒结构能避免不均匀沉降引起的应力集中。

六和塔抗震性能分析

根据六和塔的几何尺寸和结构特点,建立有限元模型,对该塔进行地震时程分析。位移判断准则作为抗震性能分析的主要控制指标,用于分析结构地震动整体响应以寻找薄弱层部位,承载力判断准则用于分析木构件应力响应及预测砖砌塔身局部裂缝发展。两种准则相结合,相对全面地分析了六和塔的抗震性能。结果表明结构薄弱层位于十三层至塔顶间,八度中震下砖砌塔身将产生结构裂缝,木构架具有较好的耗能能力,可为古砖木塔的抗震性能研究提供技术支撑。

预应力碳纤维板围箍加固古砖塔模型试验研究

根据古砖塔竖向开裂的震害特征,提出了预应力碳纤维板围箍加固工艺,研制了相应的张拉锚固装置。通过六边形古砖塔缩尺模型的围箍加固试验,研究了碳纤维板、砌体在围箍力作用下的应变随时间的变化规律。研究结果表明:张拉碳纤维板可对塔身产生有效的环向约束,碳纤维板的张拉应变和砌体的压应变与预应力度基本成正比;采用超张拉工艺可以降低碳纤维板与砌体之间摩擦阻力的影响,改善应变分布的不均匀状况;在长期保持预应力的状态下,碳纤维板和砌体的应变在14 d后趋于稳定,变化趋势符合对数分布规律。

微弯曲碳纤维板加固古砖塔模型试验研究

针对碳纤维板加固多边形古砖塔时预应力沿板带和砌体分布不均匀的情况,提出了在碳纤维板下加设微弯曲板和两端张拉的加固方案。制作了古砖塔缩尺模型并采用两种矢跨比(1∶15和1∶10)的微弯曲板进行加固,分别对试验模型进行超张拉试验,并维持50%预应力度进行长期持荷试验,以分析微弯曲板及其矢跨比改善应力分布效果。研究结果表明:加设微弯曲板和两端张拉的加固方案使作用在砌体上的围箍应力分布更加均匀,靠近和远离张拉端、转角和中面部位的应变差值明显减小;在长期荷载状态下,碳纤维板和砌体上应变逐渐均匀且变化符合对数规律,持荷30 d后应变基本稳定,仍对砖砌体保持一定的围箍应力;采用大矢跨比微弯曲板加固对改善应力集中有较好的作用,而采用小矢跨比微弯曲板加固则有利于塔体的开槽和复原,鉴于两者长期荷载效应差异不大,实际施工时可优先采用小矢跨比微弯曲板进行加固。