基于混合離散單元模型的砌體結(jié)構(gòu)倒塌反應(yīng)分析.pdf

1、地震作用下的倒塌是既有結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的動(dòng)力反應(yīng)之一，對(duì)這一現(xiàn)象的分析具有深刻的理論意義，同時(shí)也是工程實(shí)踐的迫切需要。對(duì)于砌體這種在地震中經(jīng)常受到嚴(yán)重?fù)p壞甚至倒塌的結(jié)構(gòu)形式，有關(guān)的研究還在起步階段，大量的問(wèn)題尚待解決。本文基于離散單元法的思想，提出了一種混合離散單元模型，探討了其面向?qū)ο蟮某绦驅(qū)崿F(xiàn)方式，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的圖形模塊，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的倒塌反應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析，并用已有的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)對(duì)仿真分析結(jié)果(三維圖像、位移曲線、加速度曲線)進(jìn)行

2、了驗(yàn)證?！　‰x散單元法具有不同的實(shí)現(xiàn)方式，本文對(duì)其動(dòng)態(tài)松弛求解過(guò)程進(jìn)行了分析，強(qiáng)調(diào)了這種求解方式在結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用時(shí)所需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過(guò)消隱單元定位的方式，對(duì)樓板、圈梁、構(gòu)造柱等混凝土構(gòu)件進(jìn)行了離散和組裝，并用同樣的方式建立了局部碳纖維加固砌體結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)“混合”結(jié)構(gòu)形式的離散單元建模；在對(duì)單元的空間運(yùn)動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)地矢量描述的基礎(chǔ)上，將多面體單元的接觸判斷和接觸力求解以及單純形積分方法引入了結(jié)構(gòu)倒塌

3、反應(yīng)分析中；提出了彈簧點(diǎn)的概念并解釋了其在力學(xué)上的意義，為在倒塌分析中離散單元法和有限單元法的耦合做了理論上的準(zhǔn)備；在多剛體-彈簧模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了砂漿彈簧和塊體接觸兩種不同本構(gòu)關(guān)系的“混合”；為確定相關(guān)的參數(shù)，進(jìn)行了灰縫砂漿的壓剪試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果將Columb準(zhǔn)則引入結(jié)構(gòu)離散元倒塌分析中，用以描述灰縫砂漿材料在壓剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下的脆性破壞行為。在以上工作的基礎(chǔ)上，本文應(yīng)用所提出的混合離散單元模型對(duì)準(zhǔn)靜力反應(yīng)問(wèn)題、簡(jiǎn)單的動(dòng)力反應(yīng)

4、問(wèn)題和振動(dòng)臺(tái)模型的倒塌反應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，并從數(shù)學(xué)意義和物理意義上探討了剛度、阻尼、時(shí)步等關(guān)鍵參數(shù)的耦合作用，提出了適用于倒塌分析的收斂準(zhǔn)則。與相關(guān)解析計(jì)算結(jié)果或試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比說(shuō)明本文提出的理論模型符合實(shí)際，在對(duì)倒塌這一復(fù)雜動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行定量分析時(shí)可以達(dá)到一定的精度?！　‰x散單元法的工程應(yīng)用必須借助高效率的計(jì)算軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而目前基于離散單元法的通用仿真軟件尚未大規(guī)模出現(xiàn)，被國(guó)外著名軟件壟斷的局面還未形成，因此有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和程序開(kāi)發(fā)

5、的研究是當(dāng)務(wù)之急。本文對(duì)以上混合離散單元模型的程序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)行了深入的探討，設(shè)計(jì)了功能較為完善的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，借助三維圖形標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)了可用于動(dòng)態(tài)演示計(jì)算結(jié)果的圖形仿真模塊，并以完整的仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為背景研究了核心計(jì)算模塊和后處理模塊的接口方式。這些工作為仿真系統(tǒng)穩(wěn)定性、可開(kāi)發(fā)性和高效率提供了保證，力求改變程序開(kāi)發(fā)工作缺乏延續(xù)性或只能應(yīng)用于特定課題的狀況。　　結(jié)合以上的研究?jī)?nèi)容，本文最后對(duì)結(jié)構(gòu)倒塌反應(yīng)分析這一課題中尚應(yīng)繼續(xù)深入的內(nèi)容提出了