【硕士】西安东门城楼城墙弹塑性有限元分析

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内容简介

　　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2009al和3009al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一位移曲线，　　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。　　

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