伏羲廟先天殿的地震響應(yīng)分析

王鑫 杜長(zhǎng)虹

摘 要：為研究天水伏羲廟先天殿的抗震性能，建立先天殿木結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，按照多遇地震和罕遇地震選取了蘭州波進(jìn)行地震響應(yīng)分析，得出先天殿木結(jié)構(gòu)x方向的位移和加速度的值最大，其次是z方向，y方向最小，屋頂最大位移和最大加速度稍大于二層柱頂，但遠(yuǎn)大于一層柱頂，屋頂?shù)牡卣鸱磻?yīng)最強(qiáng)烈。

關(guān)鍵詞：伏羲廟先天殿;有限元;抗震性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.104

0 引言

天水伏羲廟是我國(guó)規(guī)模最宏偉、保存最完整紀(jì)念伏羲氏的明代建筑群，1963年公布為甘肅省重點(diǎn)文物保護(hù)單位，現(xiàn)為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。伏羲廟坐北向南，臨街建成，四進(jìn)四院。 先天殿又稱大殿、正殿，是伏羲廟建筑群最主要的建筑。先天殿為大式重檐歇山頂磚木結(jié)構(gòu)，面闊七間，長(zhǎng)26.420米，進(jìn)深五間，寬17.260米，高15.086米。主要構(gòu)架為抬梁式，上檐殿身七架，下檐為回廊周匝，檐柱與金柱由單雙步梁和穿插枋穿插咬合，形成牢固的木框架結(jié)構(gòu)[1]。

天水位于我國(guó)南北地震帶的北段和中段交匯處，是地震活動(dòng)最強(qiáng)烈、大地震頻繁發(fā)生的地區(qū)。本文采用ANSYS軟件建立先天殿木結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，分析其地震響應(yīng)，為伏羲廟先天殿的維護(hù)和修繕提供理論依據(jù)。

1 先天殿木結(jié)構(gòu)的有限元模型

（1）木梁和木柱選用三維彈性單元Beam188模擬，大屋蓋采用Mass21質(zhì)量單元模擬，用彈簧單元Combin14模擬梁柱半剛性榫卯連接，彈簧的剛度系數(shù)取kx=1.26×109KN/m，ky=kz=1.41×109KN/m，kθx=kθy=kθz=1.5×1010KN·m/rad[2，3]。

（2）采用木材密度為410kg/m3，抗彎彈性模量為8.3073109Pa，泊松比為0.25[4]。

（3）屋面荷載按面積等效原則集中到相應(yīng)的柱端模擬屋面荷載，屋面荷載G=1.925kN/m2[5]。

（4）柱子擱置在凹槽柱礎(chǔ)上，柱與基礎(chǔ)的連接簡(jiǎn)化成固定鉸支座[6，7]，先天殿有限元模型見圖1。

2 伏羲廟先天殿木結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

采用Rayleigh定義的粘性比例阻尼，抗震分析中取ξi=ξj=0.03。采用時(shí)程分析法進(jìn)行先天殿木結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，甘肅省天水市抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.30g，選用蘭州波，調(diào)整幅值為110gal（多遇地震）和510gal（罕遇地震）。取一層柱頂、二層柱頂和屋頂進(jìn)行時(shí)程分析，加速度與位移時(shí)程曲線見圖2、3：

各層結(jié)構(gòu)的最大位移和加速度見表1、2。

由表1、2看出，在多遇和罕遇地震作用下，x方向的位移和加速度的值最大，其次是z方向，y方向最小，但屋頂y方向位移和加速度的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一、二層柱頂y方向的最大值。在多遇地震作用下，屋頂x向位移和加速度的最大值分別達(dá)到8.890mm、1.373m/s2。在罕遇地震作用下，屋頂x向位移和加速度的最大值分別達(dá)到41.230mm、6.364m/s2。在多遇和罕遇地震作用下，屋頂x向位移最大值是二層柱頂x向位移最大值1.05倍，是一層柱頂x向位移最大值2.32倍，屋頂x向加速度最大值是二層柱頂x向位移最大值1.11倍，是一層柱頂x向位移最大值1.16倍。由于先天殿一、二層層高較大，屋頂高度較小，在多遇和罕遇地震作用下，屋頂x方向位移和加速度的最大值稍大于二層柱頂，但遠(yuǎn)大于一層柱頂，因此屋頂?shù)牡卣痦憫?yīng)最強(qiáng)烈。

3 結(jié)論

建立伏羲廟先天殿木結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，進(jìn)行地震響應(yīng)分析，得出結(jié)論：

（1）在多遇和罕遇地震作用下，x方向的位移和加速度最大，其次是z方向，y方向最小，但屋頂y方向位移和加速度的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一、二層柱頂y方向的最大值。

（2）在多遇和罕遇地震作用下，屋頂?shù)牡卣痦憫?yīng)最強(qiáng)烈。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王鑫（1971-），女，陜西藍(lán)田人，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究。