古塔建筑的抗震保护分析——砖石古塔的线弹性地震反应分析

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文1绪论1．1古塔抗震保护的重要性罗哲文先生在《失去的建筑》fl】这本书的前言中写到：“翻开一部人类文明的历史，马其顿亚历山大的成功，大流士的改革和专制，释邈牟尼的说教以及中国秦皇、汉武、唐宗、宋祖的丰功伟业，都如大江东去，一去不返。然而，埃及的金字塔，希腊、罗马的神庙、城堡剧院，亚洲的佛寺(佛塔)和欧洲的教堂，秦皇、汉武的高坟巨冢，却还巍巍屹立。它们都是闪烁着人类文明的光辉，反映了各个时期科学技术与艺术水平和社会政治经济的力量。”我国是一个文明吉国，光辉灿烂的古建筑是其重要的标志之一。在古建筑中，古塔占有重要地位。我国古塔融

2、合了外来文化和中华传统建筑艺术的精华，是我国古代商层建筑的杰出代表。各地现存的古塔不仅具有宝贵的文物价值，也具有极高的科研价值；不仅对研究我国古代建筑技术的发展具有极其重要的意义，而且对于研究我国古老的历史、文学，艺术、宗教、政治、外交及经济等均具无法替代的价值。据不完全统计，我国目前比较重要的古塔约有500余座，具有700年强上历史的古塔就有近200座12J。在现有吉塔中，砖石古塔不仅数量多，而且有相当一部分历史年代久远，在国内外有很大影响。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。许多古塔，历经沧桑，自然界的风、雨、雷、火、蚁虫等

3、自然力不间断地侵蚀古塔建筑，加之许多人为的破坏，给古塔建筑造成了致命的损伤，近年来的工业污染也加屑了古塔建筑砖体的酥蚀与剥落。大多数古塔建筑面临着破坏甚至倒塌的危险。我国是一个多地震的国家，我国的古塔建筑大都处于地震高发区，据文献统计，绝大多数古塔的破坏、倒塌，都是因为大地震造成的。今后仍然面临着地震破坏的威胁。一些典型的古塔，如山西应县木塔，陕西大雁塔等，经历多次的地震，尚保持完好，显示了较好的抗震性能。然而，较多的古塔由于内在薄弱环节和多年的风雨侵蚀，抗震能力较差，难于经受或再次经受地震的袭击。如陕西的小雁塔(已加固过)曾因地震造成较大程度的损坏。

4、著名的陕西扶风县法门寺塔受地震影晌后开裂，因未及时加固，现已倒塌[31。对于这些古塔建筑，一旦遭遇地震，必然会造成不可弥补的损失。因而，对古塔建筑抗震性能进行分析、研究是刻不容缓。目前，对古塔的抗震研究却是一个薄弱环节，对砖石古塔开展的抗震研究，就是为了逐步加强这一工作，以便从抗震角度为古塔的保护服务。我国古建筑(包括古塔)的抗震研究进展较慢，目前仅对古建筑木结构提出了鉴定、匿安建筑科技大学硕士学位论文维修和加固的规定，对大量的砖石古建筑尚无适用的抗震鉴定和加固方法，许多吉塔的动力特性尚未知，古塔的抗震研究仍处于起步阶段。面对随时都可能发生的自然灾害(

5、狂风、暴雨、地震等)，如何有效地保护古塔。不至于有较大的损坏，显得尤为紧迫和重要。1-2研究现状1．2．1古塔建筑的动力特性结构动力特性的实测，目前大体有以下几种方法：(1)共振法，用起振机对结构物激振，通过共振原理获得结构动力特性：(2)张拉释放法，即给结构物以强制位移的力，然后突然将力释放使结构产生有阻尼振动，通过震动衰减曲线求得动力特性；(3)火箭反冲法，利用小火箭瞬时冲击的反座力使结构产生衰减振动，原理类似张拉释放法；(4)脉动法，即利用结构物所处环境的地面脉动引起结构物微小振动来监测和分析结构动力特性。用共振法和张拉释放法激励，多是用来验证随

6、机激振法检验结果的正确性的。用火箭激振力大，带宽，但成本较高，要阻断交通，且可熊损伤结构。随着传感器性能的增强、数据分析处理能力的提高及出于对实验费用和交通管制的考虑，国内外研究者近来偏重于利用随机激振法，即利用风及环境因素所形成的脉动使结构产生振动。用随机激振法有两个主要的缺点：一是输入能量可能过小，不足以激其感兴趣的高阶模态的振动：二是对随机激振法输入为平稳自噪声的假设弗不能完全得到满足，会造成估计误差。古建筑是宝贵的历史文化遗产，不允许试验时给结构施加任何外力，随着计算机与信号处理技术的发展，对实际结构进行脉动试验，即利用环境激励获得在小的激励力

7、下结构物的动力特性，是切实可行的。1．2．2古塔建筑的抗震计算方法古塔因建造年代久远，难于获得设计和施工方面的原始瓷料，且难于确定材料物理性能及残损状况，这就给建立动力分析模型带来了困难，国内外学者为此进行了研究，并提出了以下几种参考方法：(1)．李德虎、何江在文献14]中提出了“底端固定的离散参数沿高阶形等截砸悬臂杆模型”。可采用堆聚质量法、有限单元法等方法，简化出结构分析模型。侄在不同的古塔中，这类模型计算所得的动力特性值与现场实测值相差较大。(2)．林建生在文献15J中提出了“考虑基础转动交形的变截面弯剪悬臂杆模型”。这类模型建立过程中，参照《动

8、力机器基础设计规范》(GBJ40．79)确定地基刚度，反映了地基与基础对结构动力特性的影响。因