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)重損壞甚至倒塌的結(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)進行了計算機仿真分析，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)進行

2、了驗證。　　離散單元法具有不同的實現(xiàn)方式，本文對其動態(tài)松弛求解過程進行了分析，強調(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、圈梁、構(gòu)造柱等混凝土構(gòu)件進行了離散和組裝，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；在對單元的空間運動進行系統(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)

4、問題和振動臺模型的倒塌反應(yīng)進行了仿真分析，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)進行定量分析時可以達到一定的精度?！　‰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)

5、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模塊的接口方式。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?！　〗Y(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