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石构古牌楼是一种传承了文化、历史、艺术的特色建筑,现完整保存的数量有限,其主要组成材料为天然石材,各构件通过榫卯进行连接,在地震作用下,往往因榫卯连接破坏而发生坍塌。因此,提高石构古牌楼的抗震性能显得尤为重要。在目前对古建筑文物的研究中,主要以连续有限单元法主,在大变形问题上存在一定的局限性,不能直观、准确地模拟牌楼在地震作用的下坍塌破坏过程。本文以雅安甘露灵泉牌楼和襄阳古隆中牌楼为例,在现场调研以及查阅有关震害资料的基础上,用离散元软件3DEC建立了石构古牌楼的离散元模型,进行了动力响应分析,得出了以下研究成果:(1)分析了甘露灵泉牌楼在不同假定烈度地震下的动力响应,得出随着地震烈度的不断增强,古牌楼的破坏程度越来越大,其中古牌楼在地震烈度为Ⅵ度时,动力响应较小,牌楼斗拱发生轻微错位,整体结构比较稳定,地震烈度为Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度时,发生较大的坍塌破坏。(2)通过模拟甘露灵泉古牌楼在地震作用下的坍塌过程,得出地震作用下牌楼震害的一般性规律,最先是牌楼楼顶的错位与坍塌,其次是上横梁与立柱之间的滑移、错位,直至坍塌,分析结论符合甘露灵泉牌楼的震害特征。(3)研究了计算参数的敏感性,得出牌楼主体结构动力响应随着节理切向刚度的增大而增大。当节理切向刚度小于2.56×10~3Pa/m时,各构件间节理面对地震作用不具有传递效应;当节理切向刚度大于2.56×10~8Pa/m时,结构刚性较大,结构节理在地震作用下的衰减作用小于沿牌楼竖向的高程放大作用。(4)分析了襄阳古隆中牌楼在不同节理摩擦角下的动力响应,当节理摩擦角较小,趋近于0°时,节理连接面趋近于光滑,对地震作用不具有传力效果,摩擦角从0°到15°时,对地震作用的传力效果较为明显,并随着角度的增大,牌楼动力响应增大,当摩擦角达到45°后,牌楼榫卯节理对地震的放大作用趋于稳定。(5)提出古牌楼的基础隔震方法,并通过离散元模型进行验证,计算结果表明隔震措施对地震响应有明显的衰减作用。