底层框架砌体结构地震破坏过程仿真及分析-结构工程专业论文.docxVIP

目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1 课题研究背景 1 1.2 课题研究意义 2 1.3 课题实际应用价值 3 1.4 本文研究内容 6 2 底层框架砌体结构抗震分析方法 7 2.1 结构抗震理论分析常用方法 7 2.1.1 有限差分法 7 2.1.2 加权残值法和变分法 7 2.1.3 隐式有限单元法 8 2.1.4 离散单元法 9 2.1.5 显式有限单元方法 11 2.2 结构抗震仿真分析常用方法 11 2.2.1 结构静力弹塑性推倒分析方法 12 2.2.2 反应谱法 13 2.2.3 有限元法 14 2.2.4 离散单元法 16 2.2.5 结构地震反应数值分析方法小结 17 2.3 本章小结 18 3 有限元动力分析理论基础 19 3.1 有限元动力分析建模 19 3.2 结构仿真分析方法 20 3.2.1 中心差分时间积分的显式算法 20 3.2.2 隐式分析算法 21 3.2.3 隐式-显示算法 21 3.3 本章小结 22 4 底层框架砌体结构地震反应全过程仿真分析基础 23 4.1 非线性动力方程及时间步长控制 24 4.2 材料模型的选取 28 4.2.1 钢筋混凝土材料模型 28 4.2.2 刚性地面材料模型 28 4.2.3 砌体材料模型 29 4.3 输入地震动 29 4.3.1 地震动 30 4.3.2 输入地震波的主要原则 30 4.3.3 地震动幅值 31 4.3.4 输入地震波的实现 31 4.4 破坏准则与失效单元的模拟 33 4.4.1 破坏准则的选取 33 4.4.2 单元失效的模拟 34 4.5 控制接触 35 4.6 仿真分析结果的可视化 38 4.7 建模中应注意的问题 39 4.7.1 沙漏控制 39 4.7.2 动态接触控制 39 4.8 本章小结 39 5 底层框架砌体结构地震倒塌实例分析 41 5.1 仿真分析方法基本步骤 41 5.2 底层框架砌体结构倒塌反应仿真模型 42 5.3 工况一结构破坏过程分析 43 5.3.1 仿真分析结果 43 5.3.2 破坏过程分析 44 5.4 工况二结构破坏过程分析 44 5.4.1 仿真分析结果 44 5.4.2 破坏过程分析 46 5.5 工况三结构破坏过程分析 47 5.5.1 仿真分析结果 47 5.5.2 破坏过程分析 48 5.6 工况四结构破坏过程分析 48 5.6.1 仿真分析结果 48 5.6.2 破坏过程分析 49 5.7 结构在地震作用下的破坏过程及时程分析 50 5.7.1 结构在地震作用下的破坏过程 50 5.7.2 不同烈度时程分析 50 5.8 底层框架砌体结构抗震性能 52 5.8.1 竖向结构形式突变影响整体抗震性能 52 5.8.2 上下结构荷载传递不平衡 52 5.8.3 底层框架砌体结构抗震性能分析 52 5.8.4 上部多层砌体结构的抗震性能分析 53 5.9 本章小结 53 6 结论与展望 55 6.1 结论 55 6.2 展望 56 参 考 文 献 57 作 者 简 历 61 学位论文数据集 63 - - PAGE 10 - 1 绪论 1.1 课题研究背景 地震是一种破坏性极强的突发性自然灾害，对建筑结构具有极大的破坏作用。 为了模拟地震环境下结构的反应，目前的理论研究大都是以实验数据为基础而建立 起来的。例如，为了预测震害结果，分析结构的倒塌特性，为结构的抗震防灾提供 技术依据，通常进行结构模型的模拟振动台试验，从试验中测得地震作用下结构的 位移、速度和加速度反应等重要参数，观察结构在地震中的破坏过程和破坏形态。 虽然结构试验在其中起着不可估量的作用，但是大型结构的实体试验存在的问题是 浪费大量的人力和财力，缩尺模型试验具有“失真”效应，同样的试验很难重复多 次，试验过程中受到多方面因素的影响，稍不小心就会导致试验数据的失效，且对 于某些破坏性试验研究，由于现场条件的限制采用实体试验难度是非常大的。在居 住环境屡屡受到强烈地震灾害的影响后，人们己经自觉或不自觉地尝试了解建筑结 构在地震中的损伤机理和破坏模式。但是受限于结构工程及相关学科的发展现状， 以及计算机的应用范围等限制，对于认识损伤机理和破坏模式至今仍是当前研究工 作的努力方向。对这方面问题的探索目前主要集中于：荷载本身的随机性研究、地 震作用下非线性响应过程、屈服后材料或结构滞变模型、结构的破坏准则、结构非 线性失稳和屈服后直至倒塌的结构行为分析。总结起来，就是要研究结构直至倒塌 的非线性反应全过程。 上世纪 60 年代，结构分析的计算机数值模拟和