弹性模量对砖石古塔抗震性能的影响论文

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2、citycoefficientisbigtothebricksandstonesancienttoanceinfluence.Keyentanalysis;dynamicproperties;modalanslysis我国是一个文明古国,辉煌灿烂的古建筑是其重要的标志之一。在古建筑中,砖石古塔占有重要地位。古塔融合了外来文化和中华传统建筑艺术的精华,是我国古代高层建筑的杰出代表。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,对研究我国古代建筑技术的发展具有极其重要的意义1。我国是一个多地震的国家,我国的古塔

3、建筑大都处于地震高发区,据文献统计,觉大多数古塔的破坏、倒塌、都是因为地震造成的2,今后仍然面临着地震破坏的威胁。现阶段古塔建筑的抗震计算方法主要是有限元法,古塔年代久远,.freel3,在轴心受压的情况下,砖砌体将产生横向变形。横向变形与纵向变形的比值为泊松比,由于此塔年代久远泊松比?酌取为0.15。根据《砌体结构设计规范》(2002-03-01)在一定的应力范围(弹性形变)内,材料的应力与应变量成正比,这个比例常数称为弹性模量或弹性系数3,对于砌体结构材料的弹性模量由砌块强度和砂浆强度决定。初步确定砖为MU15,由于

4、砖石古塔年代久远对确定砂浆强度带来一定的困难,以下分3种方案研究砖石古塔的动力特性。方案一:砂浆强度为M0.4,弹性模量为E=785f=785×0.96=784MPa;方案二:砂浆强度为M1.0,弹性模量为E=1100f=1100×1.54=1694MPa;方案三:砂浆强度为M2.5,弹性模量为E=1300f=1300×1.69=2197Mpa;1.2.2模型的建立采用solid45单元建模,三维模型见图2,自动划分网格,共生成165320个单元,14986个节点,有限元模型见图3。2砖塔的动力特性2.1动力分析模型砖石

5、古塔属于高耸建筑,与现代高层建筑有类似之处,通常将塔看作底端固定的悬臂杆4。采用的计算模型有离散参数的杆系模型、壁式框架模型及平面应力有限元模型等等,本结构分析采用有限元模型5。该砖塔结构规则对称,质量和刚度逐层均匀变化,可将塔体结构简化成变截面的悬臂杆模型,即可假定塔体底部刚接,每层简化成一个正六变形截面,采用弹性梁单元,建立动力模型,并对其进行地震反应分析,其运动方程如下:2.2砖塔地震反应分析该砖塔为国家一级保护文物,根据现行《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)取为乙类建筑。抗震设防烈度在本地区抗震设防

6、烈度(7度)的基础上提高一度,故以下计算按8度考虑,场地类别为Ⅱ类,地震分组为第二组,其特征周期Tg=0.4s,结构阻尼比为0.02,地震波采用El-Centro波(N-S),分别对以上3种情况进行常遇地震进行分析。各种方案位移图见图4。2.3计算结果分析就砖塔结构在3种不同弹性模量下位移反应来看(见图4),由于弹性模量的不同,位移差别很大。方案一顶部位移为246mm,方案二顶部位移为328mm,方案三顶部位移为441mm,方案一与方案三相差44.2%,可见弹性模量是影响砖石古塔动力特性重要因素之一。3结论由以上分析可以

7、看出,弹性模量对砖石古塔动力特性影响较大,弹性模量的取值直接影响着古塔的抗震性能,在古建筑分析中要加强对弹性模量取值的重视,以免使分析结果与实际偏差过大。