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刚架结构弹塑性波传播的数值分析研究

赵元博  
【摘要】:近场地震动与远场地震动有很大的差异,建筑在强近场地震动的作用下表现出不同于通常远场地震动作用下的破坏形式,传统的非线性时程分析方法对早期高频近场地震波作用下建筑的一些特殊破坏形式很难给出合理解释,而波动分析方法可以比较合理地说明这些特殊的破坏现象。因此应用波动分析的方法加强对近场地震动作用下建筑破坏机理的研究,对于发展与经济和社会相适应的建筑结构防灾减灾技术,保证重大工程的安全建设与运营有非常重要的意义。 本文首先对刚架结构中弹性波的传播进行了数值分析研究,在研究中同时考虑了杆中纵波、弯曲波、扭转波并通过中心差分法建立了刚架结构中弹性波传播的差分方程。算例分析表明,有限差分法可以有效地模拟弹性波在刚架结构中的传播过程。 本文进一步对塑性波在刚架结构中的传播进行了数值分析研究。研究中根据中心差分法对杆中弹塑性纵波、弹塑性弯曲波、弹塑性扭转波在空间上进行差分处理,并参考Wilson—θ法建立了刚架结构中弹塑性波传播的两层差分方程。在研究中假定材料在三个方向上的本构关系相互独立,利用双线性恢复力模型及Masing规则对刚架结构中塑性波的传播过程进行了模拟研究。 研究表明,有限差分法可以对刚架结构中弹、塑性波的传播过程进行有效模拟,并能应用到桁架结构、混合节点结构的波动分析研究中,也可进一步应用到近场强震动作用下杆件结构破坏机理的波动分析研究中。


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