论文题目：离散单元法在砌体结构房屋抗震性能分析中的应用研究
摘要：砌体结构是我国村镇地区最常见的建筑结构形式,历次地震中砌体结构的震损程度往往最为严重,对人们的生命和财产造成了不可挽回的损失。砌体由砂浆和砌块两种性能差异较大的材料砌筑而成,非连续性显著。目前针对砌体的数值仿真研究大多基于位移连续的有限元法展开,但砌体的破坏过程伴随着墙体的开裂和整体变形的不断增大,属于非连续及大变形问题。基于位移连续假设的有限元法在模拟分析时常出现破坏准则定义困难及收敛困难等问题,不完全适用于处理砌体结构问题。离散单元法是近年来解决非连续介质问题的一种颇具特色、富有发展前景的数值方法,其假定研究物体为散体介质的集合体,适用于砌体结构的大变形及大位移分析。本文将离散单元法引入到砌体的分析中,砌体定义为具有连续介质特征的块体和具有非连续介质特征的节理（灰缝）二者的集合体,最大程度的契合砌体的非连续组成特性。围绕离散单元法,主要工作内容及结论如下:（1）详细介绍了离散单元法的基本思想、基本方程和基本运算过程等内容,简述了离散单元法应用于砌体结构分析时,相关计算参数的选取。（2）基于三维离散单元法程序对三片无筋砌体墙的拟静力试验进行了模拟,并与试验墙体的骨架曲线及破坏模式进行对比,验证了建模方法及材料参数选取的有效性。表明基于摩尔库仑理论的块体本构及节理本构可有效表征砌体墙受外荷载作用时的受力性能。（3）分别建立不同高宽比、开洞率及竖向荷载作用下的砌体墙模型,基于离散单元法研究墙体参数改变条件下,墙体性能的变化规律。模拟结果表明,改变高宽比、开洞率及竖向荷载时墙体性能的变化规律与以往试验结果及模拟结果所得结论基本相似,离散单元法可有效用于砌体墙受静载作用时的承载力估算及破坏模式预测。（4）建立单层及双层砌体结构刚体离散元模型,在结构底部输入调幅后的强震作用速度时程,研究地震作用下砌体结构房屋的破坏过程。结果表明,离散单元模型能较准确模拟地震作用下砌体结构墙体的开裂模式,开裂位置和开裂现象与实际震害现象基本吻合,所得结论较为合理,离散单元法可有效用作低矮砌体建筑的破坏仿真模拟。
关键词：离散单元法;数值模拟;砌体墙体;砌体结构;地震作用
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究目的及意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 基于分离式模型的墙体受力性能研究现状
1.3.2 基于离散单元法的砌体结构动载数值模拟研究现状
1.4 本文主要工作
第2章 离散单元法基本理论
2.1 离散单元法基本思想
2.2 离散单元法的基本方程
2.2.1 物理方程-力和位移的关系
2.2.2 运动方程-牛顿第二运动定律
2.2.3 动态松弛法
2.3 离散单元法的基本计算过程
2.4 离散单元法计算参数的选取
2.4.1 阻尼
2.4.2 网格尺寸
2.4.3 边界条件
2.4.4 时间步
2.5 本章小结
第3章 砌体墙体拟静力试验的离散元模拟
3.1 概述
3.2 离散元数值模型的建立
3.2.1 试验简介
3.2.2 离散元模型的建立
3.2.3 材料参数取值
3.2.4 破坏准则的定义
3.3 模拟结果对比分析
3.3.1 骨架曲线的对比分析
3.3.2 墙体破坏模式的对比
3.4 本章小结
第4章 参数改变条件下墙体性能的离散元模拟
4.1 概述
4.2 高宽比的影响
4.2.1 荷载位移曲线的对比
4.2.2 墙体破坏模式的对比
4.3 开洞率的影响
4.3.1 荷载位移曲线的对比
4.3.2 墙体破坏模式的对比
4.4 竖向荷载的影响
4.4.1 荷载-位移曲线的对比
4.4.2 墙体破坏模式的对比
4.5 本章小结
第5章 砌体结构地震作用下破坏过程的模拟
5.1 概述
5.2 模型建立
5.2.1 模型选则及材料参数
5.2.2 地震波选取
5.3 模拟结果分析
5.3.1 不同输入方向的影响
5.3.2 不同结构高度的影响
5.3.3 不同地震烈度的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢