山地地形下中江南塔地震響應(yīng)特征試驗(yàn)

摘要：為研究山地地形對(duì)磚石古塔地震響應(yīng)的影響，以位于四川中江縣銅魚(yú)山頂?shù)闹薪纤鳛樵?，選取了汶川地震發(fā)生時(shí)自貢臺(tái)陣的加速度記錄為基底輸入，通過(guò)小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了山底、山頂古塔自振頻率隨地震動(dòng)幅值的變化趨勢(shì)，分析了地形效應(yīng)對(duì)古塔地震響應(yīng)的影響及古塔破壞特征。結(jié)果表明：在低幅值地震動(dòng)作用下古塔自振頻率不變，當(dāng)自由地表地震動(dòng)峰值分別達(dá)到100 Gal和150 Gal時(shí)，山頂和山底古塔發(fā)生破壞；在古塔自振特性、輸入地震動(dòng)的頻譜特征以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)影響下，古塔發(fā)生了“上輕下重”的破壞特征；與山底古塔相較，山頂古塔地震反應(yīng)明顯更大，相同工況下山頂古塔各樓層峰值加速度、最大相對(duì)位移、最大層間位移角分別為山底古塔的2～3倍、1.5～4.5倍、1.5～4.5倍，其中最大相對(duì)位移和最大層間位移角的放大倍數(shù)與地震動(dòng)幅值相關(guān)，因此需重視山頂古塔的地震安全性。

關(guān)鍵詞：山地地形；中江南塔；地震響應(yīng)；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P315.923"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1000-0666（2025）01-0159-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0017

0 引言

磚石古塔作為古代高層建筑種類之一，是人類寶貴的文化遺產(chǎn)。其建造年代久遠(yuǎn)、材料老化嚴(yán)重、自重較大，在地震時(shí)極易損壞（袁建力，2013）。袁建力（2018）調(diào)查表明位于山頂或坡地場(chǎng)地的多座古塔在震后受損嚴(yán)重，如中江南塔、內(nèi)江三元塔、云居院塔等。山體、單薄的山脊或局部地形具有顯著的地震動(dòng)放大效應(yīng)（徐光興等，2008a，b；趙鳳仙等，2016；周港圣等，2022），會(huì)導(dǎo)致山頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)發(fā)生更為嚴(yán)重的破壞，而且結(jié)構(gòu)震害程度與場(chǎng)地高程呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（遲明杰等，2015）。由于磚石古塔常建于山地，因此研究山地場(chǎng)地磚石古塔抗震性能具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)山地地形對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響，眾多學(xué)者開(kāi)展了廣泛研究，如李永華等（2018）利用數(shù)值模擬方法研究了山地場(chǎng)地砌體結(jié)構(gòu)抗震性能，并提出了結(jié)構(gòu)抗震鑒定的方法；李英民等（2020）通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了山地場(chǎng)地RC框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)特征，進(jìn)一步給出了結(jié)構(gòu)典型破壞模型；潘毅等（2022）以青城山靈官殿為原型，結(jié)合原位動(dòng)力特性測(cè)試與數(shù)值模擬方法，研究了山地木結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及地震反應(yīng)規(guī)律，重點(diǎn)分析了墻體對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)及受力特征的影響，F(xiàn)arghaly（2015）利用數(shù)值模擬方法，研究了位于山坡上不同部位的RC框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力特征、地震反應(yīng)及破壞條件；Shabani和Ghanbari（2020）、Shabani等（2021）以不同層數(shù)的鋼框架結(jié)構(gòu)為對(duì)象，研究獲得了山頂與山底結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特征及地形效應(yīng)影響范圍。

以往研究大多是關(guān)于山地場(chǎng)地的RC框架、鋼框架、砌體、木結(jié)構(gòu)等建筑的抗震性能、地震響應(yīng)、內(nèi)力特征、破壞模式等，并取得豐富成果，但是鮮有涉及山地場(chǎng)地磚石古塔的相關(guān)研究。本文以中江南塔為原型，選取2008年四川汶川MS8.0地震發(fā)生時(shí)自貢臺(tái)陣的加速度記錄為基底輸入，利用小型振動(dòng)臺(tái)開(kāi)展磚石古塔地震破壞試驗(yàn)，定量獲得山體地形對(duì)古塔地震響應(yīng)的影響規(guī)律，以期為其保護(hù)工作提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 磚石古塔試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皽y(cè)點(diǎn)布置

中江南塔位于四川省中江縣銅魚(yú)山的山頂，是典型的山地場(chǎng)地樓閣式磚石古塔。中江南塔平面形式為正八邊形，共9層，坐南朝北，塔高30.2 m，塔基為金剛底座，塔基以上逐層收分，各層塔檐外挑，并設(shè)有心室。受2008年四川汶川MS8.0地震的影響，塔身受損嚴(yán)重（袁建力，2018）。

本次試驗(yàn)研究的設(shè)備主要包括小型振動(dòng)臺(tái)和加速度傳感器。振動(dòng)臺(tái)為北京波譜公司研發(fā)的型號(hào)為WS-Z30-50小型振動(dòng)臺(tái)，包括控制儀、傳感器、功率放大器、激振器、振動(dòng)臺(tái)面等，振動(dòng)臺(tái)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)劉曉莉（2014）的研究結(jié)果。

試驗(yàn)的首要工作是設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嗨票取Ｏ嗨票纫话惆◣缀蜗嗨票取椥阅Ａ肯嗨票?、密度相似比及加速度相似比等。通常情況下，可以根據(jù)幾何、材料及彈性模量相似比來(lái)確定其他物理量相似比（周穎，呂西林，2016）。根據(jù)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面幾何尺寸及臺(tái)面負(fù)載確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ透叨葹?0 cm，再依據(jù)中江南塔原型結(jié)構(gòu)塔高確定幾何相似比St為1/33.5。

試驗(yàn)材料的選用是決定能否達(dá)到預(yù)期的關(guān)鍵。利用摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論表征砌體材料強(qiáng)度，由相似比關(guān)系可知，試驗(yàn)砌體材料的黏結(jié)力應(yīng)很?。▌岳?，2014）。課題組最初選擇石膏、燒結(jié)黏土磚及黏土與砂土混合燒結(jié)的磚塊作為砌塊，但是試驗(yàn)時(shí)無(wú)法使其發(fā)生與實(shí)際震害相似的破壞。其主要原因?yàn)槟Ｐ筒牧系膹?qiáng)度過(guò)大，無(wú)法滿足相似比要求，致使模型在振動(dòng)過(guò)程中難以破壞。而且對(duì)于同種材料，在一定范圍內(nèi)構(gòu)件尺寸減小會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度增加，如果采用與原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相近的材料，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒏y破壞。因此在縮尺比較小的條件下，本文選用強(qiáng)度較低的替代材料，以期模型的破壞特征與實(shí)際震害相似。經(jīng)多次嘗試確定砌塊的材料采用純黏土，砂漿由滑石粉、膩?zhàn)臃邸⑺凑?0：10：9的比例制作而成。課題組對(duì)試驗(yàn)所用磚塊材性進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。依據(jù)材性試驗(yàn)和胡躍祥（2012）實(shí)測(cè)結(jié)果可確定彈性模量相似比為1/26。試驗(yàn)塔體材料密度測(cè)量值為2.4 g/cm3，中江南塔塔身材料密度測(cè)量值為1.8 g/cm3，由此確定密度相似比為1.33?；谏鲜?類物理量的相似比確定加速度相似比為0.965，進(jìn)一步可獲得其他物理量相似比，見(jiàn)表2。依據(jù)幾何相似比和原型結(jié)構(gòu)墻厚確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪穸纫?jiàn)表3。

依據(jù)傳統(tǒng)磚石古塔砌筑工藝，制作2個(gè)一致的中江南塔試驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e代表位于山頂和山底的古塔，如圖1a所示。為了獲得古塔結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間變形特征，將加速度計(jì)布設(shè)在樓板位置處。受限于模型洞口尺寸，無(wú)法將加速度傳感器置入樓板形心處。考慮到樓板水平向平面內(nèi)剛度較大，因此將加速度計(jì)設(shè)置于樓板側(cè)面。為了確定試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募虞d方向，建立了中江南塔數(shù)值結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)模態(tài)分析方法獲得了模型的自振頻率，得出的EW方向前3階自振頻率分別為1.52、5.98、12.39 Hz，NS方向前3階自振頻率分別為1.52、5.93、12.25 Hz。結(jié)果表明，模型結(jié)構(gòu)2個(gè)水平方向的自振特征極為接近，因此選擇在結(jié)構(gòu)EW方向進(jìn)行加載，如圖1a所示。由于原型結(jié)構(gòu)的八、九層無(wú)樓板，所以將七、八、九層視為同一層，共布設(shè)7個(gè)加速度計(jì)于結(jié)構(gòu)上，另外1個(gè)加速度計(jì)布置在振動(dòng)臺(tái)面上，如圖1b所示。

1.2 試驗(yàn)工況

本文旨在研究山體地形對(duì)磚石古塔地震反應(yīng)的影響規(guī)律，因此輸入地震動(dòng)應(yīng)來(lái)自山地場(chǎng)地強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)站。為了能與自由地表結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)進(jìn)行比較，還需要臨近山體的自然地表臺(tái)站記錄。通過(guò)篩選，選取了汶川MS8.0地震發(fā)生時(shí)位于四川省自貢市西山公園內(nèi)的地形臺(tái)陣加速度記錄作為地震動(dòng)輸入。該地形臺(tái)陣包含8個(gè)位于不同位置的臺(tái)站，其位置基本沿山脊分布（圖2），其中S1和S6分別為山底和山頂?shù)幕鶐r臺(tái)站。選取同一次地震發(fā)生時(shí)S1和S6兩個(gè)臺(tái)站的記錄作為試驗(yàn)研究的基底輸入，可以排除由輸入地震動(dòng)場(chǎng)地條件差異引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)差別，便于通過(guò)比較獲得地形效應(yīng)對(duì)古塔地震反應(yīng)的影響規(guī)律。S1和S6臺(tái)站基本信息見(jiàn)表4。

由于本文研究的振動(dòng)臺(tái)為水平向單向輸入，選用了2個(gè)臺(tái)站EW向分量為輸入地震動(dòng)，其加速度時(shí)程及其反應(yīng)譜如圖3所示。由圖3及表4可知，2條地震動(dòng)的卓越周期介于0.2～0.7 s，S6與S1兩臺(tái)站EW向分量的PGA比值為1.768。

為研究地震作用下古塔的損傷演化過(guò)程，需開(kāi)展不同強(qiáng)度的基底輸入下的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)采用的基底輸入為一組汶川地震的真實(shí)記錄，需要通過(guò)調(diào)幅得到不同強(qiáng)度的輸入地震動(dòng)。張江偉等（2017）通過(guò)有限元法建立邊坡數(shù)值模型，定義了山頂與山底地震動(dòng)的峰值加速度的比值為放大系數(shù)，研究輸入地震動(dòng)峰值對(duì)放大系數(shù)的影響。結(jié)果表明輸入地震動(dòng)峰值為100和200 Gal時(shí)的放大系數(shù)僅相差約9%，因此本文試驗(yàn)暫不考慮輸入地震動(dòng)幅值對(duì)地震動(dòng)放大系數(shù)的影響。保持S6、S1臺(tái)站記錄之間的幅值比不變，對(duì)其進(jìn)行調(diào)幅，以獲得11個(gè)幅值的水平向輸入地震動(dòng)。具體為使S1臺(tái)站記錄的峰值加速度分別為20、30、40、50、100、200、300、350、400和450 Gal，分別將S1和S6臺(tái)站的調(diào)幅地震動(dòng)輸入山底古塔和山頂古塔作為地震激勵(lì)，形成了本試驗(yàn)的11個(gè)工況，具體加載制度見(jiàn)表5。

1.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?dòng)力特性

模型動(dòng)力特性是分析結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特征的基礎(chǔ)。為了獲得試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?dòng)力特性，在各工況之間利用振動(dòng)臺(tái)為結(jié)構(gòu)輸入白噪聲，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析獲得結(jié)構(gòu)的自振頻率及模態(tài)振型（表6、圖4）。同時(shí)給出了對(duì)中江南塔現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)測(cè)得出的自振頻率（胡躍祥，2012）。

由圖4和表6可知，山底與山頂古塔的前三階自振頻率接近，前三階振型曲線幾乎重合，即兩塔的動(dòng)力特性極為一致，因此結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的差別可歸因于輸入地震動(dòng)的差別?？紤]到山頂與山底記錄來(lái)自同一地震的基巖場(chǎng)地，因此地震動(dòng)的差別主要源于地形效應(yīng)。值得注意的是，2座試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖哉耦l率經(jīng)相似比轉(zhuǎn)化后與原型結(jié)構(gòu)的自振頻率十分接近，尤其是基本頻率與原結(jié)構(gòu)相差僅為3.88%。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

通過(guò)比較同一工況下2座古塔的破壞現(xiàn)象，可以直觀地獲得山體對(duì)古塔破壞的影響。在工況1到工況4下，兩個(gè)結(jié)構(gòu)均未見(jiàn)破壞。當(dāng)加載到工況5、山底地震動(dòng)為100 Gal時(shí)，山底古塔未破壞，但是山頂古塔的東立面一層底部產(chǎn)生明顯裂縫，其同側(cè)窗下也伴有細(xì)小橫向裂縫，如圖5a所示。當(dāng)加載到工況6、山底地震動(dòng)為150 Gal時(shí)，山底古塔仍無(wú)明顯破壞，山頂古塔東側(cè)底部裂縫繼續(xù)發(fā)展，其上裂縫也延伸至東立面與東南立面轉(zhuǎn)角處，如圖5b所示。當(dāng)加載到工況7、山底地震動(dòng)為200 Gal時(shí)，山底古塔西立面一層與底座連接處新增裂縫，如圖5c所示。當(dāng)加載到工況7時(shí)，山頂古塔塔身下部各立面產(chǎn)生大量裂縫，且部分裂縫已水平貫通，此時(shí)山頂古塔底層接近倒塌，如圖5d～f所示?？紤]到已經(jīng)無(wú)法進(jìn)一步開(kāi)展2座古塔破壞及地震響應(yīng)的比較研究，因此停止本次加載。

通過(guò)比較試驗(yàn)現(xiàn)象可知，當(dāng)山頂古塔發(fā)生較為嚴(yán)重的破壞時(shí)，山底古塔僅發(fā)生較輕微的破壞，即在地震作用下山頂古塔更易發(fā)生破壞，而且結(jié)構(gòu)破壞呈現(xiàn)“上輕下重”特征。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 自振頻率的變化趨勢(shì)

結(jié)構(gòu)自振頻率可表征結(jié)構(gòu)的整體損傷。圖6給出了古塔結(jié)構(gòu)在各工況下的前三階自振頻率變化趨勢(shì)。由圖6可知，當(dāng)從工況1加載到工況4時(shí)，2座古塔的自振頻率均未發(fā)生明顯變化，表明2古塔未發(fā)生明顯破壞。當(dāng)加載至工況5、山底地震動(dòng)幅值為100 Gal時(shí)，山底古塔自振頻率僅表現(xiàn)出微小變化，但是山頂古塔的自振頻率明顯減小，其前三階頻率分別減小10%、9%和8%，表明此時(shí)山頂古塔結(jié)構(gòu)發(fā)生了整體破壞。當(dāng)加載至工況6、山底地震動(dòng)幅值為150 Gal時(shí)，山底古塔前三階自振頻率均減小6%，山頂古塔的前三階頻率減小幅度約為20%，表明此時(shí)2座古塔均發(fā)生了明顯破壞，尤其山頂古塔的破壞更為嚴(yán)重。當(dāng)加載至工況7、山底地震動(dòng)幅值為200 Gal時(shí)，山底古塔前三階自振頻率減小約10%，山頂古塔的前三階頻率分別減小33%、29%和28%，此時(shí)山頂古塔底部出現(xiàn)貫通裂縫，結(jié)構(gòu)接近倒塌。

3.2 古塔各層加速度的變化趨勢(shì)

為了研究山體地形對(duì)磚石古塔地震加速度響應(yīng)的影響規(guī)律，比較了2座古塔各層峰值加速度隨樓層的變化趨勢(shì)，計(jì)算了同一測(cè)點(diǎn)山頂與山底古塔峰值加速度的比值，如圖7所示。結(jié)果表明，在各工況下隨著結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，各層加速度峰值均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，且山頂古塔的加速度峰值明顯大于山底古塔。峰值加速度的比值表明，山頂古塔峰值加速度為山底古塔的2～3倍，反映了地形效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震加速度響應(yīng)的影響，尤其對(duì)于磚石古塔結(jié)構(gòu)上部而言，地形效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的放大影響更加明顯。需注意的是，雖然地震動(dòng)的幅值發(fā)生了變化，但是樓層峰值加速度放大倍數(shù)幾乎不變。

3.3 相對(duì)位移的變化趨勢(shì)

相對(duì)位移是指古塔各層與底座的絕對(duì)位移之差。為了研究山體地形對(duì)磚石古塔的相對(duì)位移反應(yīng)的影響規(guī)律，圖8給出了山底與山頂古塔最大相對(duì)位移隨加載工況的變化趨勢(shì)。由圖可知，隨著輸入地震動(dòng)峰值加速度的增加，最大相對(duì)位移也增加。2座古塔各層最大相對(duì)位移隨著樓層的增加均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其原因?yàn)檩斎氲卣饎?dòng)卓越頻率與結(jié)構(gòu)基本頻率比較接近，致使結(jié)構(gòu)發(fā)生了以基本振型為主的振動(dòng)時(shí)，模型各層間的最大剪力隨高度的減小而增加，使得底層層間剪力最大。

由于模型底層門、窗洞口面積較大，對(duì)抗剪能力削弱顯著，最終導(dǎo)致其底層發(fā)生明顯破壞，與試驗(yàn)現(xiàn)象一致。也就是說(shuō)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷钠茐男问接善渥哉裉匦?、地震?dòng)輸入的頻譜特征以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)共同決定。

為了進(jìn)一步對(duì)比同一工況下2座古塔的最大相對(duì)位移關(guān)系，本文計(jì)算了山頂古塔與山底古塔在同一位置處的最大相對(duì)位移比值，如圖8所示。從圖中可以看出，相同工況下，山頂古塔的最大相對(duì)位移明顯大于山底古塔，其相差倍數(shù)為1.4～4.5。值得注意的是，當(dāng)山腳地震動(dòng)幅值為150 Gal時(shí)，相對(duì)位移的放大倍數(shù)顯著增加，即此時(shí)2座古塔相對(duì)位移的差別尤為顯著，其原因?yàn)榇藭r(shí)山頂古塔底部產(chǎn)生水平向貫通裂縫，引起上部結(jié)構(gòu)各層均發(fā)生較大的相對(duì)位移。

3.4 層間位移角的變化趨勢(shì)

為了分析山體地形對(duì)磚石古塔的層間位移角的影響規(guī)律，圖9給出了2座古塔最大層間位移角隨樓層的變化趨勢(shì)。由圖可知，隨著古塔高度的增加，最大層間位移角也逐漸增加。為了更加直觀地分析地形效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移角的影響，本文計(jì)算了同一工況下山頂古塔與山底古塔的各層最大層間位移角的比值，結(jié)果顯示當(dāng)山底地震動(dòng)幅值小于150 Gal時(shí)，該比值基本小于2，且數(shù)值相近，但是當(dāng)山底地震動(dòng)幅值為150 Gal時(shí)，該比值接近于4。這表明當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的破壞時(shí)，層間位移角將顯著增加。

圖10給出了山頂與山底古塔地震響應(yīng)比值隨加載工況（自由地表地震動(dòng)幅值）的變化趨勢(shì)。由圖可進(jìn)一步看出，對(duì)于樓層加速度而言，山頂與山底古塔的加速度峰值比值與自由地表地震動(dòng)幅值相關(guān)性較弱。但是對(duì)于樓層最大相對(duì)位移和最大層間位移角而言，該比值與自由地表地震動(dòng)幅值具有顯著相關(guān)性，即古塔結(jié)構(gòu)樓層相對(duì)位移和層間位移角的地形放大效應(yīng)與地震動(dòng)強(qiáng)度具有一定相關(guān)性。

4 結(jié)論

本文以位于四川中江縣銅魚(yú)山頂?shù)闹薪纤鳛樵停x取汶川MS8.0地震時(shí)自貢臺(tái)陣獲取的加速度記錄為基底輸入，通過(guò)小型振動(dòng)臺(tái)開(kāi)展試驗(yàn)研究，定量獲得地形效應(yīng)對(duì)古塔地震反應(yīng)的影響，得出的主要結(jié)論如下：

（1）在低幅值地震動(dòng)作用下，古塔自振頻率不變，當(dāng)?shù)卣饎?dòng)峰值分別達(dá)到100和150 Gal時(shí)，山頂和山底古塔自振頻率明顯減小，表明其已破壞，且山頂古塔更易破壞。

（2）古塔結(jié)構(gòu)的破壞呈現(xiàn) “上輕下重”的特征，主要由結(jié)構(gòu)自振特性、輸入地震動(dòng)頻譜特征以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)共同決定。

（3）與山底古塔相較，山頂古塔地震響應(yīng)明顯更大。山頂古塔各樓層峰值加速度、最大相對(duì)位移、最大層間位移角分別為山底古塔的2～3倍、1.5～4.5倍、1.5～4.5倍，其中最大相對(duì)位移和最大層間位移角的放大倍數(shù)與地震動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)。

綜上，地震發(fā)生時(shí)山體地形使得山頂古塔的地震響應(yīng)明顯偏大，致使山頂古塔在較弱的自由地表地面運(yùn)動(dòng)下即可發(fā)生破壞，因此應(yīng)特別重視對(duì)位于山頂?shù)墓沤ㄖ谋Ｗo(hù)工作。

參考文獻(xiàn)：

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Experimental Study on Seismic Response of The ZhongjiangSouth Pagoda in Mountainous Terrain

JIANG Zhijun1，2，ZHONG Rongqiang1，ZHANG Lei1，3，LI Shengcai1，ZHANG Feng1，WEI Chunming2

（1.College of Architectural Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225100，Jiangsu，China）

（2.Jiangsu Huajian Construction Co.，Ltd.，Yangzhou 225000，Jiangsu，China）

（3.The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

Abstract

In order to study the influence of mountainous topography on the seismic response of the ancient masonry pagoda，we took the Zhongjiang South Pagoda located on top of the Tongyu Mountain in Zhongjiang County，Sichuan Province as a prototype，and selected the acceleration recordings by the stations of the Zigong Array during the Wenchuan MS8.0 earthquake as the input，and studied through a small shaking table test the variation trend of the natural vibration frequency of the structure at the bottom and on top of the mountain with the amplitude of input ground motion.We further analyzed the influence of the topographic effect on the seismic response of the ancient pagoda and the failure mode of the pagoda.The results show that the natural frequency of the ancient pagoda remains unchanged under the action of low-amplitude ground motion，and when the peak of free surface ground motion reaches 100 Gal and 150 Gal respectively，the ancient pagodas on top and at the bottom of the mountain is damaged.Under the influence of the natural vibration characteristics of the ancient pagoda，the spectral characteristics of the input ground motion and the building constitution，the ancient pagoda has undergone a failure mode of “slight on top and severe at the bottom”.The peak acceleration，maximum relative displacement and maximum inter-story drift of each floor of the ancient pagoda at the top of the mountain are 2-3 times，1.5-4.5 times and 1.5-4.5 times of those at the bottom of the mountain under the same working conditions，and the amplification factor of maximum relative displacement and maximum inter-story drift is related to the amplitude of input seismic motion.Thus，it is necessary to pay attention to the seismic safety of the ancient pagoda on the mountain.

Keywords：mountainous topography；the Zhongjiang South Pagoda；seismic response；shaking table test