本文選題：砌體結構　切入點：數值仿真　出處：《太原理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：本文在前人工作的基礎上,對地震波的數值處理和頻譜特性、砌體結構離散化模型的建立方法、砌體單墻在循環(huán)載荷下的破壞變形模式、砌體結構建筑在地震載荷下的開裂倒塌行為開展了模擬和研究,主要完成了以下工作:1、闡述和說明了砌體結構的歷史沿革、我國砌體結構發(fā)展現狀以及我國地震災害頻發(fā)的事實,討論了砌體結構在地震作用下的破壞形式和力學機理,調研了砌體結構數值方法的研究現狀,從而提出本文所研究的問題,內容和目的。2、介紹了有限元動力學方法基本原理,闡述了顯式時間積分的數值特性和收斂條件。鑒于離散化砌體結構模型復雜的拓撲關系和大量的單元數目,以計算精度和計算效率為目的,選擇三維減縮積分單元進行計算,對單元的零能模式和其控制方法進行了說明。介紹了主流的商業(yè)有限元軟件,選擇以顯式非線性計算著稱的LS-DYNA作為計算工具進行模擬和分析。3、由于環(huán)境和人為因素影響,原始地震波加速度信號中通常夾雜有噪聲信號,導致地震計算結果不可信。本文依據地震波處理基本原理,采用帶通濾波和回歸分析對汶川地震波地面加速度進行處理,并通過計算得到地面速度和地面位移。結果表明,經過處理后,地震波的基線漂移現象得到了校正,符合地面運動的實際情況。為了探究數值處理前后地震波性質的變化,對處理前后的地震波進行了反應譜計算。結果表明,經過處理后的信號與原始信號對結構造成的響應相近,可以認為,本文所采用的處理方法對地震波加速度信號的頻譜特性影響很小。4、考慮了砌塊和砂漿的材料特性,選取合適的本構關系描述兩者的力學行為,給出了具體的材料參數。建立了組砌方式為一順一丁的砌體單墻有限元模型,對其在面內循環(huán)載荷作用下的力學行為進行了模擬和分析。結果表明,墻體的變形模式和裂縫開展形式與實驗結果吻合度較高,證明了離散模型的有效性。對砌體單墻的滯回曲線進行分析發(fā)現,雖然砌體結構的強度和剛度較低,但其在循環(huán)載荷作用下表現一定的延性性質和耗能能力。將連續(xù)墻體和開洞墻體對比后發(fā)現,開洞設計會使砌體單墻更早進入剛度退化和破壞開裂階段。5、建立了三種不同加固措施(無加固、僅一層加固、雙層加固)的砌體結構二層建筑離散化模型,對其在地震作用下的力學響應和開裂倒塌行為進行了模擬和分析。結果表明,無加固措施的砌體結構抗震能力明顯較差,較低的強度和剛度導致砌體建筑在地震作用下不能維持結構的整體性,易產生開裂和整體倒塌。對結構一層設置構造柱加固后,結構整體剛度提高,抗震能力增強,沒有發(fā)生整體倒塌,但一層墻體發(fā)生了面外方向的局部倒塌。由于砌體結構的延性性質和耗能能力,結構一層耗散了部分地震波能量,使結構二層的開裂破壞程度有所降低。在此基礎上,將結構上下兩層都設置構造柱加固,并對砌體進行配筋,結構強度和剛度有明顯提高,在地震作用下砌體建筑僅有局部砂漿和磚塊失效,沒有發(fā)生整體倒塌和局部倒塌現象,結構表現出良好的抗震能力。
[Abstract]:In this paper , based on the work of predecessors , the numerical and spectral characteristics of seismic waves , the building method of the discrete model of masonry structure , the damage deformation mode of masonry structure under cyclic loading are simulated and studied . The mechanical response and the cracking collapse behavior of masonry structures under seismic action are simulated and analyzed . The results show that the structural integrity of masonry structures can not be maintained under the action of earthquake due to the low strength and rigidity of masonry structures .

【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P315.9;TU311.3

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本文編號：1716572