【博士】混合離散單元模型的砌體結(jié)構(gòu)倒塌反應(yīng)分析

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內(nèi)容簡介

　　地震作用下的倒塌是既有結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的動力反應(yīng)之一，對這一現(xiàn)象的分析具有深刻的　　理論意義，同時也是工程實踐的迫切需要。對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，開發(fā)了相應(yīng)的圖形　　模塊，對砌體結(jié)構(gòu)的倒塌反應(yīng)進(jìn)行了計算機(jī)仿真分析，并用已有的振動臺模型試驗對仿真分　　析結(jié)果(三維圖像、位移曲線、加速度曲線)進(jìn)行了驗證?！　‰x散單元法具有不同的實現(xiàn)方式，本文對其動態(tài)松弛求解過程進(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)用時所需解決的關(guān)鍵問題。針對砌體結(jié)構(gòu)的特點，通過消隱單元定　　位的方式，對樓板、圈粱、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)的計算模型，初步實現(xiàn)了對“混合”結(jié)構(gòu)形式的離散單元建模；在　　對單元的空間運(yùn)動進(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)倒塌反應(yīng)分析中：提出了彈簧點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；在多剛體一彈簧　　模型的基礎(chǔ)上，實現(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研究，根據(jù)試驗結(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準(zhǔn)靜力反應(yīng)問題、簡單的動力反應(yīng)問題和振動臺模型　　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)解析計算結(jié)果或試驗結(jié)果的對比　　說明本文提出的理論模型符合實際，在對倒塌這一復(fù)雜動力反應(yīng)進(jìn)行定量分析時可以達(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算軟件來實現(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　　法和程序開發(fā)的研究是當(dāng)務(wù)之急。本文對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)開發(fā)了可用于動態(tài)演示　　計算結(jié)果的圖形仿真模塊．并以完整的仿真系統(tǒng)開發(fā)為背景研究了核心計算模塊和后處理?！　K的接口方式。這些工作為仿真系統(tǒng)穩(wěn)定性、可開發(fā)性和高效率提供了保證，力求改變程序　　開發(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)合以上的研究內(nèi)容，本文最后對結(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　　出了相應(yīng)的建議?！　　　?

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