地震作用下窗體結(jié)構(gòu)破裂有限元分析.pdf

1、我國房屋建筑中許多重要結(jié)構(gòu),如山墻等承重結(jié)構(gòu)體,多為磚砌材料。而磚砌體等材質(zhì)統(tǒng)稱為巖石類材料,具有脆性性質(zhì),從而窗體結(jié)構(gòu)承重墻整體上具有準(zhǔn)脆性特性,在動力作用下容易發(fā)生脆性破壞。由于巖石類材料具有脆性性質(zhì)和低抗拉特性,如果在強(qiáng)震動力作用下而承受拉應(yīng)力狀態(tài)的巖石類窗體結(jié)構(gòu),就極易發(fā)生拉張破裂,使得結(jié)構(gòu)體沿著垂直主拉應(yīng)力方向擴(kuò)展破裂,形成不連續(xù)面,這就是脆性材料結(jié)構(gòu)體拉張破裂的基本原理。傳統(tǒng)的有限元計(jì)算法,是建立在連續(xù)性假設(shè)基礎(chǔ)之上,不能模

2、擬結(jié)構(gòu)體拉張破裂后形成的不連續(xù)狀態(tài),所以不能直接處理結(jié)構(gòu)體拉破壞問題,動力作用下非連續(xù)介質(zhì)破壞的模擬研究更是甚少。而有限元語言是一種采用有限元方法求解偏微分方程的模型語言,采用這種語言編寫有限元程序,其主要工作就是書寫微分方程表達(dá)式及其有限元算法,然后由該語言的生成器自動產(chǎn)生某種高級語言的有限元計(jì)算程序。本文基于脆性材料拉張破裂判據(jù),提出單元開裂準(zhǔn)則,通過FORTRAN語言編寫出三角形單元開裂貫通子程序。采用相對的方法,將地震加速度考慮

3、為邊界約束,根據(jù)牛頓第二定律,從而結(jié)構(gòu)整體上施加一個(gè)反向作用力。基于動力開裂機(jī)理的研究,模擬窗體承重墻不同結(jié)構(gòu)形式下動態(tài)應(yīng)力場變化,并分析地震荷載瞬時(shí)拉張應(yīng)力下的脆性破壞。通過對單窗體、雙窗體和多窗體三種結(jié)構(gòu)形式分析,在地震波加速度時(shí)程變化過程中,窗體結(jié)構(gòu)體角點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力集中,其拉壓應(yīng)力值隨之發(fā)生變化和重新分布。拉應(yīng)力最大值點(diǎn)出現(xiàn)開裂,并且地震加速度值越大,拉應(yīng)力水平就越高,最終產(chǎn)生初始的拉張裂紋,隨著拉張區(qū)域的擴(kuò)展,裂紋向結(jié)構(gòu)內(nèi)部延伸,