基于結構變形特征和損傷現狀的應縣木塔有限元模型研究.pdf

1、應縣木塔是世界上現存最高的木結構樓閣式佛塔，位于山西省應縣西北佛宮寺內，為全國第一批重點文物保護單位。木塔以挺拔的身軀、端莊的造型和悠久的歷史被國內外學術界稱之為建筑瑰寶。全塔采用了四百多組構筑奇巧的斗棋，是木塔最具特色的組成部分。經歷了近千年的環(huán)境侵蝕和多次強地震作用，應縣木塔的變形和損傷嚴重，亟待修繕加固。
　　 本論文在導師主持的中國-意大利國際合作項目《Modern approach to the protection

2、and restoration of architectural and historical heritage》框架下，以應縣木塔為對象，依據典型斗棋的模型試驗和力學分析，進行斗棋力學性能和有限元模擬技術研究;結合木塔現場查勘和資料分析，開展結構變形特征和構件損傷狀態(tài)的識別研究，構建適用于木塔殘損狀況下安全性評價的三維有限元整體模型。論文主要完成了以下研究工作:
　　 1、在應縣木塔斗棋模型試驗研究的基礎上，開展模型動力特性分

3、析與建模技術研究，研制了基于摩擦耗能的斗棋有限元分析模型。模型可采用三維實體單元或梁單元構建，以空間牛腿結構的方式體現斗棋的構造連接和傳遞荷載的基本特征，在斗與棋的接觸部位設置摩擦接觸對以實施構件摩擦-剪切耗能的基本功能。模擬分析結果表明，該有限元模型具有較好的摩擦-剪切模擬功能，能有效地表達斗棋在豎向荷載和水平荷載共同作用下的力學特性，可用于古建筑木結構的動力分析和抗震性能的研究。
　　 2、依據陳明達專著《應縣木塔》所提供的

4、建筑結構數據，結合現場法式查勘和參數核對，構建了體現木塔結構構造特征的柱圈-層疊式有限元模型。該模型確定了木塔明層、暗層構件(包括后來加固構件)以及各鋪作的布置方式和構造做法，完善了木塔樓梯、樓蓋、藻井及塔剎等構建的細部構造與連接方式，能真實有效的表現應縣木塔現階段的結構構造狀況。
　　 3、借鑒孟繁興、李鐵英、張建麗等關于應縣木塔殘損狀況的研究資料，開展構件殘損程度的識別研究，對梁和柱等易確定截面情況的構件提出了反映構件細部損