钢筋混凝土框架结构地震倒塌及数值仿真研究

论文摘要

钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构形式,在强震作用下框架结构的坍塌破坏对人类生命财产造成了严重的危害。本文基于钢筋混凝土框架结构倒塌机理以及非线性有限元法分析理论研究钢筋混凝土框架结构倒塌问题,采用计算机仿真分析的方法着重研究钢筋混凝土框架结构房屋在强震作用下的倒塌反应。本文总结了钢筋混凝土框架结构倒塌震害及倒塌特点,给出了各种结构计算模型,在综合分析钢筋混凝土结构材料本构关系和倒塌机理的基础上,使用通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA实体建模。首先主要研究了在建立有限元模型时,单元模型、网格划分、材料模型、加载方式、求解方法及其中涉及的参数的选取对有限元模拟结果的影响;接着以一个三层钢筋混凝土框架结构为例,对其进行了自振特性分析及地震作用下的时程分析,得出了该框架结构的前3阶频率及振型和各层位移、加速度时程曲线;最后对该钢筋混凝土框架结构在强震作用下的倒塌破坏全过程进行了计算机仿真模拟,采用合理的后处理技术,以图形和动画等多种方式输出仿真分析结果。本文采用三维实体单元模拟构件真实形状,结构模型逼真,并可以反映结构细部应力应变状况。用ANSYS/LS-DYNA软件能较好的模拟地震作用下钢筋混凝土框架结构的破坏过程,可为钢筋混凝土框架结构的抗震设计提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.2 仿真技术在结构工程中应用的发展
• 1.3 钢筋混凝土框架倒塌研究现状
• 1.3.1 梁、柱及节点破坏机理研究现状
• 1.3.2 钢筋混凝土结构倒塌判定准则研究现状
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏机理研究
• 2.1 钢筋混凝土框架结构震害及倒塌特点
• 2.2 钢筋混凝土框架结构倒塌破坏机理
• 2.2.1 结构分析模型
• 2.2.2 构件单元模型
• 2.2.3 恢复力曲线
• 2.2.4 常用的恢复力模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 钢筋混凝土结构非线性有限元分析理论
• 3.1 有限元理论概述
• 3.1.1 有限单元法的理论基础
• 3.1.2 有限单元法的基本概念
• 3.1.3 有限元法的典型分析步骤
• 3.2 钢筋混凝土非线性问题的解法
• 3.2.1 迭代法
• 3.2.2 增量法
• 3.2.3 增量-迭代混合法
• 3.3 收敛标准
• 3.4 钢筋混凝土框架结构非线性动力有限元分析模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 钢筋混凝土框架结构地震倒塌破坏三维有限元分析
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA 简介
• 4.2 三维仿真模型在 LS-DYNA 中的建立
• 4.2.1 有限元模型的选择
• 4.2.2 单元类型的选择
• 4.2.3 网格的划分
• 4.2.4 避免出现沙漏模态
• 4.3 加载与求解
• 4.3.1 约束的施加
• 4.3.2 荷载的施加
• 4.3.3 LS-DYNA 动态接触算法
• 4.4 基于中心差分法的显式积分法原理
• 4.5 单元失效与结构倒塌模拟
• 4.6 仿真分析结果的可视化
• 4.7 本章小结
• 第五章 钢筋混凝土框架结构地震倒塌破坏模拟实例分析
• 5.1 钢筋混凝土框架结构基本参数
• 5.2 结构静、动力特性分析
• 5.2.1 重力荷载作用下结构变形分析
• 5.2.2 框架结构模态分析
• 5.3 钢筋混凝土框架倒塌模拟
• 5.3.1 时程分析
• 5.3.2 仿真倒塌过程
• 5.3.3 数据结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表论文和科研情况
• 致谢