中国地震频发,地震经常对建筑物造成严重破坏。然而,震后调查显示,中国的古代木结构通常比许多现代结构受到的破坏要小[[1], [2], [3]]。这一观察结果激发了人们对古代木结构抗震性能的广泛研究[[4], [5], [6], [7], [8], [9]]。传统木结构的承重系统和抗震性能与现代建筑及古代西方建筑有显著差异。中国传统木结构通过其整体系统行为天然具备抗震隔离和能量耗散能力[[10]]。整体木结构的连接方式复杂,力的传递路径也相当复杂。
因此,许多先前的研究集中在木结构连接的力学特性上,以解释这些结构卓越的抗震性能。研究明确了关键连接类型的承重机制、力学行为和能量耗散能力,包括斗拱连接[[11,12]]、榫卯连接[[13], [14], [15]]以及柱端连接[[16,17]]。
其他研究人员通过振动台试验研究了整体古代木结构的抗震性能。薛等人[[18]]测试了单层厅式古代木结构,并为关键部件提出了简化的分析模型。柱子被建模为摇摆构件,而斗拱支架则被表示为剪切弯曲构件。该研究还明确了不同加载条件下动态分析的计算方法和模型参数适用范围。吉谷等人[[19]]对日本单层木结构寺庙的缩比模型进行了振动台试验,他们发现在小变形下柱子的摇摆构成了恢复力的主要成分。随着变形的增加,拉杆中的弯矩变得占主导地位。传统木框架表现出相当的柔韧性和变形能力。王等人[[20]]对西安钟楼的缩比模型进行了振动台试验,该建筑是典型的整体柱式木结构。损伤主要表现为榫卯连接的拔出失效和支架块的开裂,但结构的整体完整性基本保持。在地震激励下,加速度放大系数通常低于1,表明其具有显著的抗震缓解效果。高等人[[21]]对代表川斗木结构的双层柱穿式木结构进行了振动台试验,结构的固有频率和刚度随地震加速度的增加而降低。两层的最大层间位移分别为1/23和1/26。该结构既没有倾斜也没有倒塌。对多层木结构的研究[[22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29]]也得出了类似的结果。损伤主要集中在第一层以上的榫卯连接处。随着峰值地面加速度(PGA)的增加,加速度放大系数(AAF)逐渐减小,层间刚度明显下降。具有对称斗拱支架系统的框架更容易受到地震损伤。斗拱支架的损伤通常从底部块(zuodou)开始,然后向上蔓延。
关于复杂亭式多层木结构抗震性能的研究仍然有限。与单层木结构相比,多层木结构的研究更能准确反映复杂传统建筑的抗震行为,因此对于文化遗产保护至关重要。以往对广越塔的研究主要集中在数值模拟上;然而,数值模型可能无法完全再现实际结构中存在的非线性耦合、真实的荷载传递路径和其他相互作用效应。为了解决这些问题,本研究制作了广越塔的1:4.5比例模型,并进行了振动台试验,以模拟地震作用、观察损伤模式、确定模型的动态特性和响应,并定量评估其抗震能力。本研究报道了首次对结合穿柱和叠柱的混合亭塔木结构进行的振动台试验,旨在评估所提出系统的抗震性能。