延庆观橡胶垫隔震模型减震效果分析

四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第37卷第6期2011年12月

收稿日期：2010-04-19作者简介：魏锟（1985－），女，河南开封人，硕士，研究方向为结构抗震。

E －mail ：smileheda@yahoo．com．cn

延庆观橡胶垫隔震模型减震效果分析

魏

锟，岳建伟，李连东，孙新生

（河南大学土木建筑学院，河南开封475004）摘

要：开封延庆观为我国著名道观，具有极大的文化和工程技术价值，延庆观的抬升改造为工程界所关注。结合延庆观的

结构特点，

探索应用现代建筑隔震原理，从隔震和防水方面考虑在基础和底层间加铺橡胶垫，建立了延庆观的隔震有限元模型和实际结构有限元模型。利用有限元分析软件MIDAS ，

在Taft Lincoln School 地震波作用下，对两种模型的周期、速度、加速度和位移等参数进行了对比分析。结果表明，橡胶垫隔震效果明显，能有效地避免地震对延庆观的破坏及地下水对主体结构的侵蚀。

关键词：延庆观；橡胶垫；地震波；隔震、隔水中图分类号：TU311.3

文献标识码：A

文章编号：1008－1933（2011）06－166－04

Analysis of shock absorption affection about Yanqing Temple with rubber mat

WEI Kun ，YUE Jianwei ，LI Liandong ，SUN Xinsheng

（School of Civil Engineering ，Henan Univercity ，Kaifeng 475004，China ）

Abstract ：Yanqing Temple in Kaifeng is famous Daoist Temple of China which has great value of culture and engineering technology．The engineering also concern on its lifting and renovating．Combining with the structure charactristic of Yanqing Temple ，this paper probes and applies the theory of isolating seidmic wave with modern building．For isolating seidmic wave and preventing water ，rubber mat is paved between foudation and 1st floor so we get the isolating earthquake model and reality model．Using finite element analysis software —MIDAS ，it compares and analysises the two models with the earthequake period ，the speed ，the velocity displacement and the acceleretion under Taft Lincoln School wave．The result shows that rubber mat has obviously asseismatic affection and can effectly avoid the damage of seidmic wave ，prevent the eroding of water to Yanqing Temple's main stucture．Key words ：Yanqing Temple ；rubber mat ；seidmic wave ；isolating earthquake and water

0前言

“延庆观”位于河南省开封市老城区西南隅，南

邻包公湖，西望包公祠。在道教历史上，它和北京的白云观、山西芮城的永乐宫具有同等重要的地位，是我国著名道观。延庆观就如明珠镶嵌在古城放射出灿烂夺目的光彩，历史上规模较大，现在仅存玉皇阁。延庆观玉皇阁历时八百余年却巍然屹立，在设计和建造方面都具有重要的历史和科学研究价值。然而开封屡遭黄河水患且地下水位偏高，玉皇阁曾淤没于地下3m 深处，几百年的历史给这座名塔留下了斑斑伤痕。为了防治地下水对延庆观基础的侵蚀及减小地震灾害给玉皇阁带来的损伤，延庆观目前正在进行抬升保护，本文探索应用现代建筑隔震

原理，尝试着加铺适当厚度的橡胶垫在延庆观基础

上，既起到了隔震垫的作用又防止地下水侵蚀基础，研究其隔震性能，希望为古建筑保护提供一种思路。

1延庆观的结构特点

延庆观为仿木结构，但是通体不见梁檩，是砖瓦

相连的独特元代建筑。延庆观坐北向南，高18.30m ，全部用青砖和琉璃瓦件构成。阁分3层，上圆下方，结构严谨，造型奇特，富于变化。各层的建筑设计和技术处理颇不相同，底层为正方形，青砖砌就，四坡顶。中层为八角实心，每面饰以歇山式山墙，悬鱼惹草，脊饰均设呜吻、垂兽。上层为八角楼阁，南门悬竖额“玉皇阁”蓝底金字；北门嵌“通明阁”阳文石刻，字大尺余，苍劲雄健。最上部分为八角攒尖玻璃瓦顶，脊饰犹存蒙古骑士和西域武士形象与众迥异。顶部装置有道教特有的火焰宝珠铜饰件。延庆观实体如图1所示，其模型如图2所示。

6

61

图1延庆观实体

Fig．1

Stereogram of Yanqing

Temple

图2延庆观模型

Fig．2

Model diagram of Yanqing Temple

2

延庆观基本参数的确定

2．1

延庆观几何参数的确定

延庆观由砖瓦修砌而成，通高18.30m ，阁分3

层：1层正方，2，3层均为正八边形。表1为延庆观几何尺寸。

表1

延庆观几何尺寸

Table 1

Physical dimension of Yanqing Temple

层号层高/m 边长/m 面积/m 2

墙厚/m 18．74101000．1026．282．3827．170．303

3．28

1．34

8．66

0．48

2．2延庆观材料特性的测量2．2．1

塔体的质量密度

砖石古塔结构的质量及其分布一般是均匀、合

理的。根据砌体规范［1］

，砖砌体的密度一般取为1900kg /m 3。2．2．2

塔体的弹性模量

弹性模量由于原始资料不足，经查阅有关资

料［2］

，延庆观砌体的弹性模量参照砌体规范取值E =700f 。f 为砌体的抗压强度设计值f =1.12MPa ，

所以，

E =700f =784MPa 。2．2．3泊松比

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。参照砌体规范，在砖砌体的实用阶段，泊松比γ取为0.15比较合适。

3

延庆观的计算模型

3．1

计算假定

在不影响结构的主要特性和受力分析的基础上，对延庆观的实体进行了简化处理，忽略了脊饰等

次要部位的影响［3］，得出了简化的计算模型，如图2所示。通过分析，确定了加有橡胶垫的延庆观计算

模型，如图3所示。橡胶垫放置在建筑底层与基础

之间，

形成隔震、隔地下水的隔震层

。图3带有橡胶垫的延庆观模型

Fig．3

Model diagram of Yanqing Temple with rebber mat

3．2橡胶垫减震体系恢复力模型

因为计算模型为弹性橡胶垫和刚性砖石建筑的组合，

所以恢复力模型采用双线性模型，其主要力学参数包括初始刚度K 1、屈服后刚度K 2以及屈服强度Q y 。铅芯橡胶支座的滞回特性可由图4所示的双线性模型来描述

［4］

。

4

数值分析

4．1

计算模型及基本参数

模型为3层青砖结构，底层加铺80cm 厚的橡

胶垫，建筑场地为地震烈度7度、近震、II 类场地。采用1952，Taft Lincoln School ，

69Deg ，顶点=－0.1557，持续时间=54.38sec ，计算延续时间取

80s ，时间步长为0.02s 。因MIDAS 材料库中没有

砌体材料，

青砖采取自定义材料，自重为19kN /m 3

，泊松比为0.15，弹性模量7.84ˑ107kN /m 2

，线膨胀

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