嵩岳寺塔,位于河南省登封市嵩岳寺内,迄今已有近1500年历史,是我国最古老的砖塔之一,也是现存唯一的十二边形密檐塔。该塔于1961年被列入首批全国重点文物保护单位,2010年作为“天地之中”历史建筑之一被列入联合国世界文化遗产名录,该塔与释迦塔、飞虹塔和千寻塔并称为我国四大名塔。近年来的历次震害给砖塔文物造成了巨大的损失,而目前学界对嵩岳寺塔的研究多集中在建筑、文化等方面,对抗震性能的研究鲜有涉及。加之,千余年的自然作用导致结构出现了诸多病害,为了加强对嵩岳寺塔的实时保护,郑州市世界遗产中心启动了《“天地之中”历史建筑群现状、病害调查及数据库建设》(20160220A)项目,计划对嵩岳寺塔等历史建筑实施结构的安全动态监测,因此,本文开展了对嵩岳寺塔抗震性能的分析,以期为后续监测提供技术参考。(1)结合文献及实地调研获取了嵩岳寺塔各部位尺寸及现状,分析了结构构成及传力路径,并通过对现存材料进行抗压强度试验得出塔砖的抗压强度为18.97MPa。采用ANSYS软件建立了结构的有限元模型,并通过对比自振周期验证了模型简化和材料参数取值的合理性,证明该模型可以用于后续分析。(2)对有限元模型进行模态分析,结果表明,嵩岳寺塔的结构整体性较好,质量、刚度分布表现出良好的对称性,主要振型为弯曲振型并成对出现。一层塔身的抗侧移刚度、抗扭刚度被门洞削弱,成为结构的主要薄弱环节。塔刹须弥座因其截面较小,成为塔刹部分的薄弱环节,但塔刹局部振型出现较晚。(3)依据规范和模态分析结果,选取了3条地震波对结构进行地震响应分析。结果表明,结构主要变形形式为一阶弯曲变形,没有出现显著的局部变形,也没有出现明显的鞭梢效应,但上部塔身位移响应曲线更加光滑。一层塔身是结构变形最大的部位,上部塔身主要是绕塔底做整体偏转变形。(4)模型加速度响应时程的对比分析结果显示,塔身各部位的加速度响应具有较好的一致性,但上部塔身的加速度时程曲线比下部结构更加光滑。从结构动力放大系数之间的区别可以看出,当地震强度较大时,结构进入弹塑性状态,塔身动力放大系数减小,否则,动力放大系数基本不变。结构加速度响应的频谱分析结果表明,地震波中1.8Hz附近的频率成分对地震响应结果影响最大,1.8Hz以上的频率成分对结构的影响随着频率的增加而逐渐减弱,9Hz以上的频率成分基本没有影响。(5)选取3种地震波中结构变形最大的情况,通过将结构内部竖向压应力、竖向拉应力、水平拉应力和剪应力最值与塔身砌体强度平均值做对比可以看出,结构的承压性能较好,仅罕遇地震作用下塔底边缘的压应力最值超出了材料强度平均值。剪应力是影响结构安全性的关键因素,在多遇、设防、罕遇地震作用下,剪应力最值超出材料强度平均值的区域分别为门洞顶部区域、5层以下塔身中轴面附近区域、12层以下塔身中轴面附近及须弥座底部区域;(6)塔身砌体的抗拉强度较低,最不利水平受拉区域位于门洞顶部,在设防地震作用下,该区域内的水平拉应力最值超出了材料强度平均值。在罕遇地震作用下,除该区域外,一层密檐内部部分区域的水平拉应力最值也超出了材料强度平均值。塔身最不利竖向受拉区位于塔身外侧,设防地震作用下,竖向拉应力最值超出材料强度平均值的区域主要分布于腰檐以下的塔身外侧,罕遇地震作用下,该区域扩展至8层以下塔身外侧、须弥座底面以及相轮底面等处;