在我国古代建筑中,砖石古塔占有相当大的比重,它们是我国几千年历史的见证者,是我国古代高层建筑的典型代表,也是我国古代建筑水平的体现。然而在经历了多年自然灾害和人为战火影响后,一些古塔已经倒塌,仍旧屹立的砖石古塔也大多存在材料强度降低、部分墙体损伤、塔体倾斜等问题,难以再次承受大地震的影响,亟需进行地震损伤评定,并根据损伤评定结果采取合理的防灾保护措施,以保证现存古塔必要的抗震可靠性。目前,我国对砖石古塔结构的损伤评定和模拟地震振动台试验研究较少,相应的保护理论和实现方法尚处于起步阶段。为此,本文以典型砖石古塔,即西安小雁塔的实际调查资料为基础,通过模型结构的模拟地震振动台试验,研究了地震作用下砖石古塔结构的损伤评定理论和工程应用方法。主要内容有:(1)参考历史文献资料,通过对目前小雁塔结构损伤状况、历史修缮情况的实际调查,分析了小雁塔结构的材料组成和主要损伤特征。结果表明,虽然目前小雁塔结构的整体性能较为完好,但存在主要材料力学性能下降、关键部位内外墙体风化脱落、塔身存在较多裂缝、内部墙体有黄土裸露等现象,说明目前小雁塔结构存在一定程度的损伤。另外,通过对小雁塔结构的现场实测,掌握了小雁塔结构的主要动力特性,即小雁塔结构的基本周期约为0.74s,阻尼比约为0.902%。(2)根据小雁塔原型结构的实际情况,参考历史文献材料和制作工艺,采用古青砖和古糯米灰浆为基材,设计制作了一个几何相似比为1/10的小雁塔模型结构,并进行了多种工况下的模拟地震振动台试验,通过对试验现象和试验结果比较分析,探讨了小雁塔结构在地震作用下的损伤情况。结果表明,8度小震下小雁塔模型结构底部出现细微裂缝,上部洞口附近也有裂缝出现;8度中震下已有裂缝扩展明显并出现一些新裂缝,塔体上部振动明显,损伤情况较为严重。(3)由于砖石古塔结构的特殊性,加之损伤研究的复杂性,因此在描述地震作用下古塔结构的损伤有较大的难度。为此,本文通过对基于材料、构件和结构整体三个层次损伤理论的分析比较得出,采用可识别参数的损伤识别法能够对地震作用下砖石古塔各层的损伤情况进行了较为准确的评价。通过对模型结构模拟地震振动台试验数据分析表明,小震作用下,损伤先在模型结构底部产生;随着地震作用增大,结构底部和顶部的损伤发展也越来越明显。此外,根据试验结果求出的各层损伤值,采用加权系数法求出对应的结构整体损伤值,并与整体法所得结构损伤进行了比较,两者所得结果吻合较好,说明文中采用的可识别参数损伤识别法较好,可用于砖石古塔结构的损伤评定。(4)采用有限元软件ANSYS对小雁塔原型结构进行了建模和分析。模态分析结果表明主要模态参数与现场实测值非常接近,说明上述有限元建模和模拟结果较好,可用于原型结构的损伤模拟分析。根据试验结果和相似性理论,建立了震后各层损伤小雁塔原型结构的有限元分析模型,通过模态分析和比较表明,可识别参数损伤识别法与整体法的评定结果较为接近,说明所采用方法的分析结果可靠。(5)采用时程分析方法,输入EL-Centro波和Taft波对小雁塔原型结构进行了地震作用下的有限元分析。参考模型结构的主要试验结果,以最大层间位移角作为砖石古塔结构损伤程度的划分依据,评定了小雁塔原型结构在地震作用下的损伤程度。结果表明,小雁塔原型结构在8度小震下处于轻微破坏状态,8度中震下处于严重破坏状态,8度大震下濒临倒塌,亟需采取有效措施进行地震保护和预防,以确保小雁塔结构的抗震可靠性。