基于离散单元法的砌体结构地震倒塌过程模拟分析

摘要

在我国砌体结构是一种主要的建筑结构形式，历次地震中砌体房屋倒塌,造成大量人员伤亡和财产损失。自汶川大地震以来，砌体结构倒塌的研究逐渐受到重视。由于现场试验方法需要耗费大量的人力和物力以及财力，针对各种不同情况难以进行多次试验。随着计算机技术的迅猛发展，数值模拟成为了研究结构倒塌的重要手段之一。由于有限元分析法无法解决非线性力学问题,因此本文采用基于离散单元法的PFC3D软件对砌体结构在地震作用下倒塌过程进行模拟分析。
　　本文通过查阅大量地震灾害资料对砌体结构地震倒塌震害分析，使我们全面的认识了砌体结构震害特征，为三维离散元建模提供了理论基础。然后介绍离散元理论和商用离散元软件PFC3D的基本理论、基本方程、参数选取以及接触模型。通过PFC3D首先建立一个两层两榀的砌体结构，输入简化的地震波，采用合理的后处理方法以图像和动画等方式输出模拟分析结果。然后将模型增加到三榀，模拟砌体结构的倒塌过程,通过分析砌体结构地震倒塌的时程分析以及对力链的传递分析，研究砌体结构在地震荷载作用下各个构件力的传递过程,分析结构破坏的原因。研究改变结构形式以及改变材料参数对砌体结构进行地震反应的影响，揭示了砌体结构地震作用下的倒塌规律。并将倒塌效果与实际震害相对比，砌体结构倒塌过程与实际基本相符。
　　本文采用三维离散元软件PFC3D对砌体结构进行建模，能够较好的模拟砌体结构地震倒塌的破坏过程，为砌体结构的抗震能力评估和提高结构的抗震设计提供了参考帮助。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的

1.4 本文研究的主要内容

第二章 砌体结构震害特征分析

2.1 砌体结构震害分析

第三章 PFC3D分析砌体结构倒塌基础

3.1 PFC3D程序的基本理论

3.2 PFC3D方法的基本方程

3.3 PFC3D物理参数的确定

3.4 PFC3D接触本构模型

3.5 砌体的力学性能

第四章 砌体结构地震倒塌过程模拟分析

4.1 PFC3D软件分析基本步骤

4.2 两层两榀砌体结构倒塌过程分析

4.3 两层三榀砌体结构倒塌过程分析

4.4 砌体结构地震倒塌力链传递分析

第五章 参数改变倒塌模拟并与实际震害对比分析

5.1振幅改变后砌体结构倒塌过程分析

5.2 强度改变后砌体结构倒塌过程分析

5.3 模拟效果与实际震害对比

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢