太原永祚寺无梁殿的建筑形制及结构静力性能研究

本工作以太原永祚寺无梁殿为例,研究中国特有的建筑遗产类型——明代砖砌无梁殿的建筑形制和结构性能。首先采用三维激光扫描仪进行精确测绘,获得其准确的几何尺寸信息。然后结合历史文献资料,对该类型建筑遗产的建筑形制进行分析。另外,通过采用无损检测方法获得砖砌体的材料强度,结合精确测绘获得的几何尺寸信息,采用ANSYS有限元软件建模并对其受力性能进行了模拟分析,获得了该建筑在静力荷载作用下的结构性能。研究结论为该类型建筑遗产的加固修缮提供参考。     

宁波保国寺大殿风振性能研究

为了更科学地保护我国传统木构建筑,需要研究我国江南地区传统木构建筑的风振性能,为此,以江南地区最古老、保存最完整的佛教木构建筑——保国寺大殿的主殿为例进行风振性能研究。首先基于三维激光扫描获得的真实可靠的保国寺大殿的几何信息,采用SAP2000有限元软件建立主殿的有限元模型,并进行动力特性分析。再利用MATLAB软件编写脉动风速时程,并将风压作用于有限元模型上分析,得到主殿的风振响应。得到结构模态、位移时程曲线、位移谱曲线、加速度响应,并对时程位移风振系数和规范风振系数进行对比。结构的振动响应主要由前三阶振型控制,在强风荷载作用下,最容易出现的变形就是南北向振动、东西向振动和扭转振动;各个典型节点的最大位移均在侧向位移容许值内;迎风面阑额中心位移最大、屋面上半部次之、屋面下半部及檐柱柱头最小;主殿相连的两个部分的加速度相差较多,屋面和屋身的连接节点应成为日后保国寺大殿的保护重点;时程风振系数变化与规范风振系数的变化规律不同是因为结构横向刚度分布不均匀;时程风振系数是规范风振系数的1.2~1.4倍,这是由于按照规范计算风振系数的过程中只考虑了第一阶振型的影响而忽略其他所有振型的结果;规范风振系数的计算只适用于形状、质量沿高度不变的高耸结构,不适用于类似本研究中的低矮木构传统房屋结构。     

故宫灵沼轩的动力特性及抗震性能研究

故宫灵沼轩是我国最早建造的钢铁-砌体组合结构之一,具有重要的历史、艺术和科学价值。为了评估灵沼轩在地震作用下的结构安全状况,建立了灵沼轩结构的三维有限元模型,并对其进行了动力特性和地震时程分析,得出了其固有频率、模态振型、地震位移响应和地震应力响应。结果表明:灵沼轩整体结构布置对称性较高,扭转刚度较大,对抗震较为有利;在8度多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,灵沼轩的金属结构部分及砌体结构部分的顶点位移和层间位移角均符合现行规范要求,砌体结构部分的第三主应力响应均小于材料的抗压强度,不存在压溃风险。在8度多遇地震和设防地震作用下,砌体结构部分的第一主应力响应均小于材料的抗拉强度,结构不会发生拉裂。但在8度罕遇地震作用下,砌体结构的部分位置拉应力超过材料的抗拉强度,这些位置存在开裂危险。最后,综合动力特性和抗震性能分析的结果,提出了灵沼轩的抗震加固建议。     

强风作用下木拱廊桥的风振响应分析——以文兴桥为例

中国传统木拱廊桥采用较短的木材构件,形成了较大的桥梁跨度,其整体造型优美,结构巧妙,构造特殊,具有重要的历史价值、艺术价值和科学价值。我国现存的传统木拱廊桥仅有百余座,集中分布于我国浙南和闽北地区,大多建于明清至民国时期,是我国木构桥梁建造技术和古代人民智慧的体现,而近些年来由于台风洪水等自然灾害导致的传统木拱廊桥破坏甚至损毁的事件时有发生。现有的对于传统木拱廊桥的研究大多着眼于其历史艺术价值和建造技术工艺等方面,鲜有对于其结构性能的研究,尤其缺乏强风作用下木拱廊桥的风振响应性能的深入研究。本工作为研究中国传统木拱廊桥在强风作用下的风振响应性能,以典型传统木拱廊桥——浙江泰顺的文兴桥为例,基于几何尺寸的精确测绘,采用SAP2000建立有限元模型进行了木拱廊桥的动力特性分析。研究内容包括以下几方面:首先,采用线性滤波法,基于自回归(AR)法模拟风场,利用MATLAB软件编写脉动风速时程。此后,由于我国现行的规范没有给出适用于木拱廊桥这一结构类型的风压体型系数,本工作通过CFD软件FLUENT风洞数值模拟得到适用于文兴桥的风压体型系数。最后,将模拟编译得到的时程风压作用于文兴桥的有限元模型得到其风振响应。计算结果表明:结构主振型为第一阶横向水平振动;风荷载对三节苗和五节苗两边最外侧的斜苗影响较大,对五节苗平苗的影响较大;下部剪刀撑的最大拉、压应力超过抗拉、抗压强度;剪刀撑脱榫将使下部斜撑的轴压力突增从而导致整体结构抗侧能力大幅降低;强风作用下传统木拱廊桥的时程计算风振系数为1.43～1.75,由此可见木拱廊桥风动力效应不容忽视。本研究成果反映了我国传统木拱廊桥在风荷载作用下结构构件的受力规律和整体结构的动力特性,并为我国传统木拱廊桥的风振性能评估和抗风保护提供理论依据,更科学地保护这一宝贵的建筑遗产类型。     

故宫灵沼轩残损分析及结构性能研究

故宫灵沼轩是我国最早建造的钢铁-砌体组合结构之一,目前损坏较为严重。为更好地保护和修缮该建筑,残损分析和结构性能研究是其修缮保护的科学基础。首先通过现场调研,对该建筑的残损状况进行分析,找出其显见的病害;然后通过精确测绘、材料检测及有限元模拟分析其结构性能,找出其隐在的病害;最后综合残损分析及结构性能分析结果,提出相应的保护措施建议。