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汶川地震中龙护舍利塔的损伤特征研究

作　者: 刘羽
导　师: 李胜才; 袁建力
学　校: 扬州大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 砖石古塔 动力模型 动态反应 非线性单元 损伤特征
分类号: TU312.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


砖石古塔是我国古代高层建筑的杰出代表与宝贵遗产。现存砖石古塔因年代久远、遭遇各种人为与自然灾害的破坏,普遍材性变化、损伤严重。传统砖石材料与古塔构造的特点,使得古塔在地震中容易被破坏。借助仿真技术,分析典型古塔在地震中的反应,推演其可能破坏形态、归纳其损伤特征,可以为古塔的抗震加固修复,提供依据,具有重要的理论与应用价值。本文以四川德阳龙护舍利塔为研究样本,通过理论分析、现场实测、数值模拟相结合的方法,研究汶川地震中龙护舍利塔的地震反应与损伤特征,主要内容包括：(1)采用有限元工具软件,建立基本反映古塔实际结构构造的动力特性初始模型,对模型参数进行灵敏度分析,通过广义弹性模量,考虑材性变化、细部残损等对动力特性的影响,修改调整广义弹性模量等参数,对照现场动测试验所测定的频率和振型,拟合出砖石古塔动力特性分析模型。(2)根据什邡八角地震台的地震记录,分析地震波三向时程曲线和反应谱曲线,采用时程分析法对龙护舍利塔在汶川地震中的动态反应进行了数值模拟分析,以位移和剪应力作为评估准则,找出龙护舍利塔的薄弱部位。(3)针对砖石古塔在地震中的非线性反应,借助ANSYS中显示动力学模块LS-DYNA,定义单元非线性(生死单元),模拟出龙护舍利塔在汶川地震中五层以上及竖向中轴线处发生破坏的破坏演变过程。本文研究成果对于揭示古塔在地震作用下的损伤机理做出了有益的探索。然而,由于硬件与软件的局限性,对砖石砌体材料属性、古塔细部构造、残损状况的描述,尚未能完全反映在分析模型中,需要进一步探索研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景  10-13
  1.2 研究现状  13-15
    1.2.1 砖石古塔理论分析方法  13-14
    1.2.2 砌体结构有限元建模方法  14-15
  1.3 研究内容  15
  1.4 本文的主要特色及创新之处  15-16
2 砖石古塔结构损伤因素分析  16-24
  2.1 砖石古塔结构特征  16-18
  2.2 地震作用下砖石古塔的破坏形态  18-21
  2.3 古塔残损的其他因素  21-23
  2.4 本章小结  23-24
3 古塔动力特性模型的参数拟合  24-36
  3.1 龙护舍利塔的现状残损状况  24-25
  3.2 龙护舍利塔砖砌体的材性试验  25-27
    3.2.1 墙体砖标号的评定  25-26
    3.2.2 墙体砂浆标号的评定  26-27
    3.2.3 砌体材料特性的评定  27
  3.3 龙护舍利塔场地勘测情况  27-29
  3.4 龙护舍利塔有限元模型的建立  29-31
  3.5 古塔动力特性模型参数拟合  31-35
    3.5.1 初步估测结构参数,建立初始分析模型  31
    3.5.2 对照实验测定数据,寻找相关的结构参数  31
    3.5.3 修改结构参数,拟合模型参数  31-32
    3.5.4 龙护舍利塔动力特性参数的拟合  32-35
  3.6 本章小结  35-36
4 古塔地震动态反应分析  36-64
  4.1 龙护舍利塔的地震动态反应评估流程与评估分析准则  36-38
    4.1.1 层间位移评估  36-37
    4.1.2 结构的应力反应  37-38
  4.2 砌体的本构关系  38-39
  4.3 结构阻尼比的取值  39-40
  4.4 地震波的选择和调整  40-44
  4.5 砖石古塔结构与场地土动力相互作用  44-47
    4.5.1 砖石古塔结构与场地土动力相互作用的计算模型  45-46
    4.5.2 地基边界条件  46-47
  4.6 龙护舍利塔地震反应分析  47-63
    4.6.1 位移反应分析  50-58
    4.6.2 剪应力反应分析  58-63
  4.7 本章小结  63-64
5 古塔地震作用下破坏演化过程分析  64-74
  5.1 ANSYS/LS-DYNA在地震分析中的优势  64-66
    5.1.1 ANSYS/LS-DYNA显示算法的特点  64-65
    5.1.2 ANSYS/LS-DYNA材料失效功能  65-66
    5.1.3 ANSYS/LS-DYNA无反射边界条件  66
  5.2 龙护舍利塔砌体材料的失效准则  66-68
  5.3 龙护舍利塔地震破坏过程的演化  68-73
  5.4 本章小结  73-74
6 结论与展望  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的学术论文  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构荷载与结构承载力 > 结构破坏与事故分析
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