底层框架砌体结构地震破坏过程仿真及分析

论文摘要

本文简要总结了结构抗震理论分析方法和仿真分析方法,分析基于中心差分时间积分的显示算法在研究结构破坏的优越性,将该算法借鉴到软件中,利用LS-DYNA软件分别将钢筋混凝土模型、刚性地面模型和砌体模型应用到底层框架砌体结构地震倒塌分析的三维实体模型建模中,根据规范选取8度区罕遇地震波和9度区罕遇地震波,为合理的研究结构的破坏和倒塌,通过定义失效准则来控制单元失效,并定义相应的接触方式及参数来模拟结构构件的运动情况。本文从四个工况来描述结构的倒塌过程以及影响结构倒塌破坏的因素,采用合理的后处理技术,以及图形和动画等多种方式输出仿真分析结果,分析结果表明:利用本文所编制的命令对底层框架砌体结构进行破坏和倒塌的分析具有较高的精度,通过合理选取底层框架砌体结构实体模型、地震波的输入和失效准则的定义,可以很好的模拟不同烈度地震作用下底层框架砌体结构从弹性到弹塑性,到最后结构倒塌的全过程,同时得出增加底层框架柱截面尺寸,可以有效地减小地震所带来的破坏,尤其是在高烈度的情况下。本文利用ANSYS/LS-DYNA软件所得到的仿真结果可以作为结构设计或现有结构安全性评估的辅助分析的依据,指导结构抗震设防。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 课题实际应用价值
• 1.4 本文研究内容
• 2 底层框架砌体结构抗震分析方法
• 2.1 结构抗震理论分析常用方法
• 2.1.1 有限差分法
• 2.1.2 加权残值法和变分法
• 2.1.3 隐式有限单元法
• 2.1.4 离散单元法
• 2.1.5 显式有限单元方法
• 2.2 结构抗震仿真分析常用方法
• 2.2.1 结构静力弹塑性推倒分析方法
• 2.2.2 反应谱法
• 2.2.3 有限元法
• 2.2.4 离散单元法
• 2.2.5 结构地震反应数值分析方法小结
• 2.3 本章小结
• 3 有限元动力分析理论基础
• 3.1 有限元动力分析建模
• 3.2 结构仿真分析方法
• 3.2.1 中心差分时间积分的显式算法
• 3.2.2 隐式分析算法
• 3.2.3 隐式-显示算法
• 3.3 本章小结
• 4 底层框架砌体结构地震反应全过程仿真分析基础
• 4.1 非线性动力方程及时间步长控制
• 4.2 材料模型的选取
• 4.2.1 钢筋混凝土材料模型
• 4.2.2 刚性地面材料模型
• 4.2.3 砌体材料模型
• 4.3 输入地震动
• 4.3.1 地震动
• 4.3.2 输入地震波的主要原则
• 4.3.3 地震动幅值
• 4.3.4 输入地震波的实现
• 4.4 破坏准则与失效单元的模拟
• 4.4.1 破坏准则的选取
• 4.4.2 单元失效的模拟
• 4.5 控制接触
• 4.6 仿真分析结果的可视化
• 4.7 建模中应注意的问题
• 4.7.1 沙漏控制
• 4.7.2 动态接触控制
• 4.8 本章小结
• 5 底层框架砌体结构地震倒塌实例分析
• 5.1 仿真分析方法基本步骤
• 5.2 底层框架砌体结构倒塌反应仿真模型
• 5.3 工况一结构破坏过程分析
• 5.3.1 仿真分析结果
• 5.3.2 破坏过程分析
• 5.4 工况二结构破坏过程分析
• 5.4.1 仿真分析结果
• 5.4.2 破坏过程分析
• 5.5 工况三结构破坏过程分析
• 5.5.1 仿真分析结果
• 5.5.2 破坏过程分析
• 5.6 工况四结构破坏过程分析
• 5.6.1 仿真分析结果
• 5.6.2 破坏过程分析
• 5.7 结构在地震作用下的破坏过程及时程分析
• 5.7.1 结构在地震作用下的破坏过程
• 5.7.2 不同烈度时程分析
• 5.8 底层框架砌体结构抗震性能
• 5.8.1 竖向结构形式突变影响整体抗震性能
• 5.8.2 上下结构荷载传递不平衡
• 5.8.3 底层框架砌体结构抗震性能分析
• 5.8.4 上部多层砌体结构的抗震性能分析
• 5.9 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集