基于模态柔度曲率的砖石古塔损伤识别研究

损伤识别是结构性能评估的有效途径之一,砖石古塔的模态柔度曲率是进行损伤识别的有效参数之一。为研究古塔结构损伤机制与模态柔度曲率的关系,依据兴教寺窥基塔结构模型振动台试验及数值模拟结果,分析周期性荷载作用下塔体动力响应及破坏特征,建立了塔体损伤程度与模态参数的关系模型。结果表明,古塔结构开裂破坏后,刚度减小,模态柔度曲率增大;数值计算与试验测试所得加速度及频域响应规律一致,塔体模型结构试件的开裂损伤随加载工况增多而持续累积,加载前期损伤参数变化缓慢,而后保持稳定,试验及模拟所得塔体的破坏过程一致。因此,塔体模态柔度曲率变化与古塔结构损伤累积具有一致性,可用于有效可靠识别砖石古塔结构损伤识别。

砖石古塔模型振动台试验的离散元模拟分析

砖石古塔块体间黏结强度较低,受地震作用易产生裂缝后发生破坏,为研究砖石古塔在地震作用下开裂及裂缝发展机制,以玄奘塔1/8缩尺模型结构为对象,建立离散元模型,计算了地震波激励下结构的加速度及位移反应,与振动台试验结果进行对比,分析了塔体开裂破坏全过程。结果表明,数值计算所得结构的加速度及位移反应与振动台试验结果一致,当地震烈度较低时,两者顶层位移变化曲线基本一致;烈度提高后,塔体开裂导致结构动力响应的计算值与试验结果出现差异,但两者的变化规律相同。在地震波激励下,塔体首层先开裂,随地震烈度的提高延伸至中部塔层,块体第2层出现阶梯状错动,模型损伤过程与试验裂缝发展状况基本吻合。研究结果为砖石古塔地震损伤及破坏过程分析提供了参考。

基于等效模型的砖石古塔有限元模型修正方法

针对砖石古塔实体有限元模型节点众多导致修正效率低下问题,提出了一种将实体模型和杆系模型相结合的有限元模型快速修正方法。基于古塔结构的测试输出信号,使用随机子空间法识别了塔的自振频率。使用整体连续式方法建立了ABAQUS有限元模型,基于实测结果,使用萤火虫算法修正了塔的弹性模量、密度。修正后的有限元模型的计算结果与实测结果对比,能够较好吻合,说明修正后的模型可靠,可以作为后续抗震性能分析的基础。

从敦煌莫高窟壁画看盛唐时期的佛塔建筑

基于对敦煌莫高窟历代佛塔壁画分布情况的梳理,总结莫高窟盛唐壁画中佛塔类型与发展规律。从形制、色彩、装饰造像三个层面,对莫高窟壁画中木塔、砖石塔、砖木混合塔佛塔建筑与现存盛唐时期同类型佛塔建筑进行比较研究,发现两者异同。此外,文章还分析了盛唐佛塔建筑对盛唐后传统佛塔建筑与现代建筑的影响,提出在现代审美语境下继承与发展盛唐佛塔建筑的设计方法。

武安州塔动力特性与抗震性能分析

为给赤峰市武安州塔的加固保护工作提供依据,对古塔动力特性开展测试和数值模拟分析。首先对武安州塔的塔体材料力学参数进行测试;然后在考虑栣木构造措施基础上建立武安州塔的数值分析模型,对模型进行模态分析并通过经验公式进行验证;之后用该模型进行反应谱分析。研究结果表明,塔身周围4个正方位的券洞是塔体的薄弱部位,塔身和1~4层束腰部位出现拉应力,超出了砌体材料的抗拉强度极限值;塔体3层及以上已产生轻微破坏,存在较大安全隐患,需采取相应加固保护措施。

参数化驱动下的辽代密檐塔自动化生成初探

数字技术的出现为历史建筑数据的处理提供了新的解决方式。不同于其他殿堂佛寺类历史建筑,塔类建筑由于层数多,塔檐部分攀登困难,内部难以勘测等问题,面临测绘、保存与再利用的难度。针对目前古塔的研究困境,文章以辽代密檐塔的三维逆向生成为目的,以Grasshopper参数化设计结合自动生成原理,在储存塔的数字信息的同时,还原辽代密檐塔的历史特点和风貌。

考虑土-结构相互作用永祚寺文峰塔地震响应分析

为研究土-结构相互作用对古塔地震响应的影响,借助ABAQUS有限元软件通过对地基土施加黏弹性边界,建立了不考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)效应、SSI效应下不考虑基础与地基土分离滑移与SSI效应下考虑分离滑移三种模型,通过时程分析法对比分析了SSI效应对山西省永祚寺文峰塔动力特性与破坏形态及损伤的影响。结果表明:考虑SSI效应后古塔高阶自振频率显著降低,其水平位移与层间位移角将总体增大,水平加速度放大系数呈下降趋势,塔下层损伤明显加剧且上层损伤有所降低,基础损伤明显;在设防地震作用下基础与地基土分离滑移现象加剧,有将沿中和轴破坏的风险,底层塔檐为薄弱部分,且基础的损伤不容忽视。分析结果对于预测高层密檐塔损伤破坏具有参考作用。

基于线性结构模型的古塔刚度中心识别方法研究

基于动力测试的古塔结构状态评估是其预防性保护工作的重要一环。该文结合动力测试方法,提出了一种基于线性结构模型进行古塔刚度中心识别的方法。基于偏心结构动力学理论凝练了非同轴刚度偏心的古塔计算模型与特征方程;基于Bayesian理论线性结构识别模型的推导及Gibbs抽样开展了结构物理参数识别,并结合经典算例对识别结果进行了验证;将该方法应用到我国重点保护文物开元寺塔的刚度中心识别中。

基于变形监测与数值模拟的白衣寺塔稳定性分析

古塔作为中国建筑的典型代表之一,对塔体进行稳定性分析是后续预防性保护的重要措施.以兰州市白衣寺塔为例,运用三维激光扫描技术获取点云数据,查明目前保存现状,采用位移计、摄影测量技术监测塔身整体位移变化、局部裂隙变化,并通过Ansys数值软件模拟白衣寺塔的位移、应力变化,对白衣寺塔进行稳定性分析.研究表明,白衣寺塔目前存在倾斜,东西位移整体向西偏移,南北位移整体向南偏移,倾角为南偏西0.394°,塔底部顶部水平偏移量为0.170 m,整个塔体并未产生应力集中,结构表现为全截面受压,应力值在材料强度允许范围内.正常使用条件下,当塔体倾斜到6.41°时,拉应力达到限值,结构将会发生局部或整体失稳而破坏.

某砖石古塔结构动力性能测试与模拟分析

古塔结构材料中存在大量未知物理力学指标,采用有限元方法能否有效地模拟计算古塔的动力特性一直是困扰文物工作者的重要问题。首先开展了对砖石古塔的现场动力性能测试,同时采用有限元方法对其动力特性进行了模拟计算,并将实测结果与模拟计算结果进行了对比。结果表明:采用现代砖砌块、砂浆材料的相关物理性能指标以及相应现场检测方法获得的力学性能指标,通过有限元方法模拟计算砖石古塔结构的动力性能是可行的。古塔结构实测的前两阶自振频率与有限元方法模拟计算得到的前两阶自振频率基本一致,偏差仅为0.8%,可以满足工程需要。

杭州保俶塔1933年兴修计划及现存形制初探

本文基于1929-1938年保俶塔兴修工程相关文献、雷达探测波谱两者的关联整合研究,初步探索保俶塔1933年兴修后封闭塔体的内部结构与形制。经由文献研究,梳理民国时期兴修保俶塔计划图说、筹款过程、施工情况,通过雷达探测波谱分析,验证了此次兴修工程后塔身一至五层、六至七层及顶层可能的内部结构情况,为西湖文化遗产的保护管理提供有益的学术研究依据。

南郭寺南山佛法身舍利塔抗震性能研究

南郭寺南山佛法身舍利塔是一幢新建于高设防烈度地区山坡平地上的仿古塔建筑,设计使用年限为100年,其建筑造型和结构体系比常规建筑稍复杂。首先通过动力特性分析得到塔的自振周期和振动模态,而后基于振型分解反应谱法和时程分析法,采用有限元软件midas Gen对结构在小震、中震和大震作用下的地震响应进行了数值分析。因为在结构总说明中,只用到了设计使用年限为50年的地震作用,而未将其调整为100年,所以分析中均取2组地震动参数,即设计使用年限50年和100年。小震和中震的地震响应计算均采用弹性法,分析结果满足结构抗震性能要求。大震响应计算时,振型分解反应谱法中将特征周期提高了0.05 s,弹塑性时程分析采用塑性铰滞回模型,最大层间位移角均小于限值1/100。弹塑性时程分析还表明,内核心筒剪力墙的塑性铰发展和屈服程度均比外框架严重,但结构总体处于存在明显塑性变形至不严重破坏的状态,满足“大震不倒”的抗震性能要求。总的来说,南郭寺南山佛法身舍利塔抗震性能安全可靠,其结构体系对于类似仿古塔建筑的结构选型和设计富有借鉴意义。

圣寿寺唐代砖塔地震响应和损伤分析

为研究圣寿寺塔在地震作用下的响应及损伤机制,对其进行抗震保护,通过有限元软件ABAQUS以分层建模方法建立塔体结构的数值模型,计算了其动力特性。并输入El-Centro波、Taft波和兰州人工波,通过计算塔体地震反应,得到结构的加速度放大系数、层间位移以及层间位移角,分析了结构的地震损伤分布规律。结果表明,塔顶的加速度放大效应最为显著,水平层间位移角值最大,结构上部较早发生塑性变形而开裂破坏。塔底地震损伤明显,首层是结构的薄弱部位,灰缝早于块体发生开裂并逐层向上延伸。塔檐先于塔体发生受拉破坏,破坏区域自塔檐中部向四角蔓延。研究结果为圣寿寺塔的抗震能力评估提供依据,为其抗震保护奠定基础,研究方法可为其他砖石古塔提供参考。

砖石古塔结构基本周期预测

为了快速预测古塔结构的动力特性,尤其是数量较多的砖石古塔结构的基本周期/频率,本文首先在结构动力学基本公式的基础上,提出了砖石古塔结构基本周期/频率预测公式的基本形式。其次收集了国内砖石古塔的实测结构基本周期/频率,通过数据拟合的方法获得了半理论半经验的砖石古塔结构基本周期预测公式。将古塔结构的实测基本周期与预测公式计算结果进行了比较,结果表明预测偏差在14%以内。该预测公式能较准确地预测结构状态良好的砖石古塔结构的基本周期,满足文物保护工程的要求。

万部华严经塔塔基的预防性保护研究初探

内蒙古地区现存大量的辽塔建筑是我国建筑文化遗产中的重要部分,但辽塔受自然环境、人为因素的影响,目前出现了严重的病害,保存现状堪忧。文章通过对万部华严经塔塔基进行勘察测绘、拍照等工作,厘清了万部华严经塔塔基的病害种类及其机理。病害表现为裂隙与裂缝、剥落与缺失、溶蚀等。这些病害主要是由内蒙古地区独特的地理条件和气候环境引起的,如风沙大、早晚温差大等。这给日后进行辽塔塔基的预防性保护提供了基础。文章提出了预防性保护策略,以防为主,治为辅,加强对工作人员的管理,通过监测提前识别风险,降低防治成本,尽可能减少对万部华严经塔塔基的再破坏。

无人机摄影测量技术在古塔三维重建中的应用

无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的高新技术,利用无人机影像能够快速、准确地完成三维数据模型的重建,有助于建筑遗产数字化信息的永久保存,为文物保护与展示利用提供有效方法。本文以栖霞寺舍利塔为例,介绍无人机摄影测量技术在舍利塔三维重建工作中的技术流程和应用方法,以期为建筑遗产保护研究提供新的思路。

景观叙事、社会心态和政治权力:雷峰塔的意象形塑和坍塌重建

1924年9月25日下午,屹立于西湖南畔夕照山上千年之久的雷峰塔轰然倒塌,成为当时社会舆论竞相讨论的热门话题。围绕着雷峰塔的坍塌与屡次重建,民众、文化界和政府分别表现了不同的心态、舆论和参与方式。雷峰塔的景观叙事和意象的构建,累积了佛教圣塔、西湖胜景、白蛇传说实地等多种元素,而塔的坍圮使这一意象有了被重塑的机会。民众由迷信心理转向理性心态,却做出集体非理性的破坏掠夺行为;左翼知识分子发表文章对塔的意象价值加以改造借用,作为反对封建思想统治的工具;政府通过屡次重建尝试,试图以政治权力重塑其景观叙事,体现出加强渗透、控制基层的倾向。由雷峰塔的坍塌和重建过程,可以窥见民国社会文化与政治权力冲突、角力和交融的一角。

秦岭地区古塔分布及其特征研究

秦岭和合南北、泽被天下,是中华民族的祖脉和中华文化的象征。历史上的秦岭因紧邻京畿之地,故遗存有数量众多的古塔。借助ArcGIS对秦岭地区古塔的空间分布、微地形进行分析,通过定量定性相结合的方法研究秦岭地区古塔的单体特征、营建目的等内容。经研究发现,秦岭古塔在时空分布、单体特征及营建目的等方面存在一定规律,可资当代城市与风景建设借鉴。

地震保险助力应县木塔古建筑保护

国务院于1961年公布应县木塔为全国重点文物保护单位,2016年9月被吉尼斯世界纪录认证为“世界上最高的木塔”。应县木塔结构虽然对于地震灾害有抗震效果,但是经过长年累月的冲击,部分组件已经开始有损坏的趋势,基于美国、日本、新西兰的地震灾害保险制度经验与启示,整合过去应县木塔受到地震灾害侵蚀损害的数据,提出六点建议:一是自我保险与商业保险分级抗灾;二是应用再保险与风险证券化产品预先筹措损失资金;三是充分融合风险承担和社会参与促使应县木塔加入地震保险;四是解决古建筑地震保险在产品设计和开发方面不足的问题;五是解决应县木塔因应地震的损失压力测试与损失情况不同产生的风险差异化问题;六是解决应县木塔在地震保险实践方面的问题。指出应县木塔可以通过分材料、分层设计分项保险金额与保险费率进行投保,增加商业保险公司承保意愿。

唐宋时期佛塔地宫悬镜初探

佛塔地宫悬镜主要流行于唐宋时期,多见于横穴式地宫中。文章通过对已有资料的系统梳理与研究,认为地宫悬镜可分为顶镜、顶镜与壁镜组合两种类型,以顶镜为主;悬镜很可能是借用铜镜或“古镜”传统的驱魔辟邪功能,意在强调对地宫内舍利的镇护,这一点与当时舍利瘗埋的世俗化、末法思想的流行密切相关;地宫悬镜与墓葬悬镜关系密切,悬镜并非是某一种宗教信仰的独特内容,而是传统丧葬和辟邪观念的进一步发展。