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西安东门城楼城墙弹塑性有限元分析

专 业: 结构工程
关键词: 古建筑 木结构 城墙结构 半刚性单元 有限元
分类号: TU31
形 态: 共 76 页 约 49,780 个字 约 2.381 M内容
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内容摘要


经过五千年文化的发展,中国古建筑形成了与欧美建筑迥然不同典型的独特风格。

但由于古建筑特殊的建筑材料以及特殊的建构方式,所以在对古建筑进行科学研究的过程中,存在许多难度,并有一些条件的限制,使得古建筑科学研究方面的资料相对历史和艺术方面的较少。

本文经过对建筑历史及考古资料整理分析,结合国内现存的西安东门城楼城墙结构。

通过数值模拟方法,研究分析了中国木结构建筑和砌体结构建筑这一独特的结构体系。

同时对木结构和砌体结构的形成历史、发展演化过程,基本结构原理、构造方式和结构功能意图进行了分析。

本文主要对西安东门城楼城墙进行了以下研究:

一依据对古建筑木结构和砌体结构的力学分析,对古建筑结构进行了科学的简化。

结合大型工程有限元计算程序ANSYS,将古代城楼和城墙通过节点耦合起来作为一个整体结构研究。

其中,有限元中的简化计算模型是:

对于城楼木结构,将柱与柱础简化为铰接形式;梁与柱的连接简化为空间杆单元,之间加入弹簧单元作为半刚性连接;考虑到古建筑木结构大屋顶的特殊性及复杂性,将屋面重量折算成集中荷载和集中质量作用于柱顶。

对于城墙砌体结构,将古城砖和土体分别定义成不同材料属性的实体单元。

二对西安东门城楼城墙进行了弹塑性的有限元研究中,主要有:

首先对结构进行了自重作用下的静力分析,证明了结构的破坏并非是材料的屈服,而是木结构榫卯节点的脱开破坏这一特点。

其次在线性模态分析中得出了结构的前十阶的固有频率和振型图。

最后研究了结构分别在200gal和300gal不同烈度的地震波作用下的动力响应特性。

三最后,得到了静力作用下的西安东门城楼城墙结构的荷载-位移曲线,结构的主应力迹线,应力云图和塑性区扩展图。

通过模态分析,得到的固有频率与文献结果比较吻合较好。

在结构地震响应分析中,得出特殊节点的最大加速度和位移响应曲线。

通过对西安东门城楼城墙进行弹塑性有限元研究,得到的理论数据结果具有理论意义和工程实用价值..……

全文目录


第一章 绪论
1.1 问题的提出
1.2 研究现状
1.3 本文的研究内容
第二章 中国古建筑抗震机理与西安东门城楼城概述
2.1 中国古建筑概况
2.2 古建筑抗震机理的研究
2.3 西安东门城楼城墙
2.4 保护古建筑的意义
2.5 本章小结
第三章 中国古建筑的力学分析
3.1 古建木构架中的榫卯连接
3.2 古建木构架中的梁与柱
3.3 古建木构架中的斗拱
3.4 古建木构架中的柱与基础的连接
3.5 古建筑木结构的大屋顶
3.6 古代城墙结构
3.7 古建筑的材料性能
3.7.1 木结构的材料性能
3.7.2 古代城墙砌体砖结构的材料性能
3.7.3 古代城墙填充土体结构的材料性能
3.7.4 土体结构的计算模型
3.8 本章小结
第四章 有限元理论分析
4.1 有限元分析方法的基础
4.2 有限元程序ANSYS简介
4.3 ANSYS计算模型的建立
4.3.1 梁柱单元beam4
4.3.2 半刚性弹簧单元combin14
4.3.3 实体单元solid45
4.4 本章小结
第五章 西安东门城楼城墙的弹塑性有限元分析
5.1 西安东门城楼城墙的静力分析
5.1.1 ANSYS静力分析的设置
5.1.2 计算结果分析
5.2 西安东门城楼城墙的模态分析
5.2.1 模态分析理论
5.2.2 ANSYS模态分析的设置
5.2.3 计算结果分析
5.3 西安东门城楼城墙的地震响应分析
5.3.1 地震响应分析理论
5.3.2 ANSYS地震响应分析的设置
5.3.3 计算结果分析
5.3.3.1 模型在200gal地震波时的动力响应
5.3.3.2 模型在300gal地震波时的动力响应
5.4 本章小结
第六章 结论与建议
6.1 本文结论
6.2 本文建议
参考文献
获奖情况

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中图分类: > TU31 > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算

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