【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特風格。但由于古建筑特殊的建筑材料以及特殊的建構方式，所以在對古建筑進行科學研究的過程中，存在許多難度，并有一些條件的限制，使得古建筑科學研究方面的資料相對歷史和藝術方面的較少。本文經(jīng)過對建筑歷史及考古資料整理分析，結合國內(nèi)現(xiàn)存的西安東門城樓城墻結構。通過數(shù)值模擬方法，研究分析了中國木結構建筑和砌體結構建筑這一獨特的結構體系。同時對木結構和砌體結構的形成歷史、發(fā)展演化過程，基本結構原理、構造方式和結構功能意圖進行了分析。本文主要對西安東門城樓城墻進行了以下研究：　　(一)依據(jù)對古建筑木結構和砌體結構的力學分析，對古建筑結構進行了科學的簡化。結合大型工程有限元計算程序ANSYS，將古代城樓和城墻通過節(jié)點耦合起來作為一個整體結構研究。其中，有限元中的簡化計算模型是：對于城樓木結構，將柱與柱礎簡化為鉸接形式；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；考慮到古建筑木結構大屋頂?shù)奶厥庑约皬碗s性，將屋面重量折算成集中荷載和集中質(zhì)量作用于柱頂。對于城墻砌體結構，將古城磚和土體分別定義成不同材料屬性的實體單元?！　?二)對西安東門城樓城墻進行了彈塑性的有限元研究中，主要有：首先對結構進行了自重作用下的靜力分析，證明了結構的破壞并非是材料的屈服，而是木結構榫卯節(jié)點的脫開破壞這一特點。其次在線性模態(tài)分析中得出了結構的前十階的固有頻率和振型圖。最后研究了結構分別在2009al和3009al不同烈度的地　　震波作用下的動力響應特性?！　?三)最后，得到了靜力作用下的西安東門城樓城墻結構的荷載一位移曲線，　　結構的主應力跡線，應力云圖和塑性區(qū)擴展圖。通過模態(tài)分析，得到的固有頻率與文獻結果比較吻合較好。在結構地震響應分析中，得出特殊節(jié)點的最大加速度和位移響應曲線。通過對西安東門城樓城墻進行彈塑性有限元研究，得到的理論數(shù)據(jù)結果具有理論意義和工程實用價值?！　?

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