摘要
黔东南鼓楼是贵州黔东南自治州的的一种特色建筑，是侗族建筑的集中代表，也是黔东南地区的传统文化标志。鼓楼垮塌事故时有发生，给经济带来损失，也给人民群众生命安全带来威胁，导致人们对传统木结构鼓楼安全性产生了怀疑。侗族传统鼓楼是黔东南州旅游地标，自身结构安全问题对地方旅游经济发展造成影响，因此对侗族鼓楼展开风振响应分析尤为重要。本文的主要研究内容如下： 1.使用黔东南凯里市当地杉木进行木材的材性试验，得到了杉木的顺纹抗压强度及弹性模量，横纹抗压强度及其弹性模量，顺纹抗拉强度，横纹抗拉强度，顺纹抗剪强度，抗扭强度。实验结果表明，杉木的材性具有明显的各向异性特征。 2. 参照侗族鼓楼的底层构架，根据试验加载装置和所具有的原木尺寸，按1/3.125的缩尺比例设计并制作了两榀单跨杉木构架模型并对其进行低周往复荷载试验，同时使用ABAQUS有限元对上述试验进行模拟验证，结果表明：木构架的滞回曲线呈反“Z”字形，“捏拢”现象较明显，滞回环饱满，表明构架具有较好的耗能能力。木构架的骨架曲线有明显的两段线性特征，可用简化双折线模型表征水平荷载-水平位移关系。水平反复荷载下，柱脚两侧会反复抬升转动。 3.使用线性滤波法（AR法）结合MATLAB软件编程对鼓楼上19个不同模拟点进行了脉动风速的模拟，将得到的风速功率谱与Davenport功率谱进行对比，证明了模拟风速谱的可靠性。 4. 使用ABAQUS有限元软件模拟鼓楼模型，并进行了模态分析，得到了鼓楼的前十阶自振频率和前三阶振型。通过对比，模拟得到的第一阶振型频率与相关规范公式求得的结果接近，说明有限元模型能够真实反应鼓楼的动力特性。 5.通过相关规范将风速转化为风荷载以节点力的形式施加在鼓楼有限元模型上，并对鼓楼进行风振响应分析，得到了鼓楼在0o，45o风向角下的位移，速度以及加速度时程曲线，选取了部分节点计算其位移均值，加速度均方差以及位移最大值，结果表明：鼓楼的位移均值与加速度均方差随着高度的增加而增加，鼓楼塔顶尤为明显。鼓楼位移响应最不利风向角是0o，即当鼓楼承受风荷载时，0o风向角位移比45o风向角大，速度响应和加速度响应具有相同的变化规律。鼓楼承受不同风向角风荷载，它在X向位移均值和加速度均方差沿高度连续增加，具体表现为当鼓楼高度在20m以下时尤为明显。鼓楼在风荷载作用下的存在如下几个部位需要特别注意：①鼓楼各处的榫卯节点，特别是鼓楼第2层与第4层的榫卯节点。②鼓楼第11层的大金柱附近，由于第11层大金柱没有穿枋连接，导致应力集中于此附近。③大金柱的底板处，大金柱的底板采用的杉木材料，可适当对其加厚。 6.通过损伤指数定义鼓楼的易损性，计算了鼓楼顶部区域与中部区域不同破坏状态发生的概率，同时绘制了鼓楼在0o风向角下的易损性曲线，结果表明：鼓楼有着一定的抗坍塌能力，轻微破坏与中等破坏出现的可能性随风速增大而显着提高，出现严重损坏及倒塌的可能性亦随风速增加而呈不同程度上升，鼓楼木结构在强风中发生各类破坏的概率较大，需要引起重视。
NETL