开封繁(读音Pó)塔是一座六角形砖塔,是我国砖石古塔由四角实心塔向八角空心塔过渡的典型代表,拥有十分独特的建筑结构。它始建于公元974年,历经了千年风雨、六十余次大大小小的地震,依然矗立在开封这座八朝古都之上,保存现状较好。在繁塔北部,距离它250m处是陇海铁路,每天来往的列车频繁,对繁塔产生振动影响。目前,有关繁塔动力特性的研究较少,所以对其动力特性进行深入研究具有十分重要的意义。本文的目的是对繁塔的动力特性,包括其自振特性、抗震性能、列车对其产生的振动影响进行研究,为以后繁塔的保护工作提供参考。通过现场勘测并查阅相关资料,确定了塔的各种参数,然后用数值模拟方法对塔进行了模态分析、反应谱分析、时程分析。本文的主要内容如下:(1)静力分析与模态分析通过现场实测与资料记载的数据对比,确定了繁塔的结构尺寸,运用ANSYS软件建立了繁塔的有限元分析模型,并对其进行静力分析,模态分析,获得其自振周期和振型。(2)反应谱分析分析了繁塔在7度多遇、设防、罕遇地震下的内力和位移响应,分析了输入X向(东西方向)、Z向(南北方向)和Y向(竖向)反应谱后塔的地震响应。(3)时程分析分别计算了小震、中震、大震三种情况下,输入X向(东西方向)、Z向(南北方向)的El-centro波、Taft波、上海人工波,这18种工况下繁塔的地震响应;又计算了大震下输入Y向(竖向)的三种地震波时的塔的地震响应。对比了同一种波作用下小震、中震、大震时塔的地震响应;对比了设防烈度下,三种不同波作用下塔的地震响应;对比了反应谱分析和时程分析的结果。(4)分析了陇海铁路过往的列车对繁塔产生的振动影响。本文的主要结论如下:(1)两个水平方向地震作用下繁塔的地震响应相差不大,说明塔的刚度在水平方向上分布较均匀;结构的位移随高度的增加而增大,塔尖和门洞处位移较大;繁塔二层和塔尖为薄弱层,因为它们的质量和刚度沿塔的高度上都有明显的减小;在大震情况下,相比于竖向地震波,水平向地震波使繁塔产生的损伤更为严重;(2)在小震情况下,繁塔的损伤主要是第一层底部的受拉损伤;在中震情况下,繁塔第一层的墙面有受拉损伤,第二层墙面局部也有受拉损伤,门洞处会发生受拉或受压损伤;大震情况下,第一层和第二层墙面会产生受拉损伤,第一层的塔檐和塔尖与第三层的交接处也会产生受拉损伤,塔尖的损伤最为严重,洞口处次之;不同地震波引起的繁塔的地震响应各不相同,地震波的卓越周期越接近塔的自振周期,地震响应就越大;对于繁塔来说,第二层和塔尖最易损伤;反应谱分析和时程分析结果具有一致性;(3)列车行驶对繁塔产生的振动影响较小,其加速度峰值大小相当于小震时加速度峰值的1/10,引起的最大位移响应约为小震时的1/100;但是,塔尖和第三层顶部的振动速度均超过了振动容许速度,如果列车往来频繁,就使繁塔顶部产生局部的疲劳。