【碩士】西安東門城樓城墻彈塑性有限元分析

內(nèi)容簡介

　　經(jīng)過五千年文化的發(fā)展，中國古建筑形成了與歐美建筑迥然不同典型的獨(dú)特風(fēng)格。但由于古建筑特殊的建筑材料以及特殊的建構(gòu)方式，所以在對古建筑進(jìn)行科學(xué)研究的過程中，存在許多難度，并有一些條件的限制，使得古建筑科學(xué)研究方面的資料相對歷史和藝術(shù)方面的較少。本文經(jīng)過對建筑歷史及考古資料整理分析，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)存的西安東門城樓城墻結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬方法，研究分析了中國木結(jié)構(gòu)建筑和砌體結(jié)構(gòu)建筑這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)對木結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的形成歷史、發(fā)展演化過程，基本結(jié)構(gòu)原理、構(gòu)造方式和結(jié)構(gòu)功能意圖進(jìn)行了分析。本文主要對西安東門城樓城墻進(jìn)行了以下研究：　　(一)依據(jù)對古建筑木結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，對古建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了科學(xué)的簡化。結(jié)合大型工程有限元計(jì)算程序ANSYS，將古代城樓和城墻通過節(jié)點(diǎn)耦合起來作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)研究。其中，有限元中的簡化計(jì)算模型是：對于城樓木結(jié)構(gòu)，將柱與柱礎(chǔ)簡化為鉸接形式；梁與柱的連接簡化為空間桿單元，之間加入彈簧單元作為半剛性連接；考慮到古建筑木結(jié)構(gòu)大屋頂?shù)奶厥庑约皬?fù)雜性，將屋面重量折算成集中荷載和集中質(zhì)量作用于柱頂。對于城墻砌體結(jié)構(gòu)，將古城磚和土體分別定義成不同材料屬性的實(shí)體單元?！　?二)對西安東門城樓城墻進(jìn)行了彈塑性的有限元研究中，主要有：首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了自重作用下的靜力分析，證明了結(jié)構(gòu)的破壞并非是材料的屈服，而是木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的脫開破壞這一特點(diǎn)。其次在線性模態(tài)分析中得出了結(jié)構(gòu)的前十階的固有頻率和振型圖。最后研究了結(jié)構(gòu)分別在2009al和3009al不同烈度的地　　震波作用下的動(dòng)力響應(yīng)特性?！　?三)最后，得到了靜力作用下的西安東門城樓城墻結(jié)構(gòu)的荷載一位移曲線，　　結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力跡線，應(yīng)力云圖和塑性區(qū)擴(kuò)展圖。通過模態(tài)分析，得到的固有頻率與文獻(xiàn)結(jié)果比較吻合較好。在結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析中，得出特殊節(jié)點(diǎn)的最大加速度和位移響應(yīng)曲線。通過對西安東門城樓城墻進(jìn)行彈塑性有限元研究，得到的理論數(shù)據(jù)結(jié)果具有理論意義和工程實(shí)用價(jià)值?！　?

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