世界上地震灾害的频发对人类造成了不可估量的损失,其中由于建筑物的倒塌破坏而造成的损失尤为严重。由于试验环境、成本等问题的限制,一些国内外学者提出了各种数值模拟分析的方法,以研究结构在地震作用下的非线性反应及其倒塌破坏过程,其中离散单元法和有限单元法的应用较多。在目前的离散单元法中,国内外学者已提出了多种单元模型用于结构在往复荷载下的受力分析,其中基于梁柱构件的杆段多弹簧模型以及基于墙板构件的多弹簧壳单元模型有较高的计算精度和计算效率。但该模型中,单元间的弹簧组中的剪切弹簧是基于截面层次构建,计算参数确定的困难较大,尤其对于复杂构件如开洞剪力墙,同时由于轴向弹簧时基于材料层次构建,二者不协调。且多弹簧壳单元模型仅局限于矩形单元,其单元构型过于简单,在对复杂结构进行模拟分析时进行单元划分较为困难。本文针对杆段多弹簧模型及多弹簧壳单元模型进行了深入研究,主要工作内容如下:1.通过搜集并阅读国内外文献,总结分析离散单元法中各种单元模型在结构工程领域的发展现状,并着重对杆段多弹簧模型及多弹簧壳单元模型进行深入研究。2.本文修正了基于梁柱构件的杆段多弹簧模型。将杆段多弹簧模型中的剪切弹簧组由截面层次修正为材料层次,同时去除了扭转弹簧,而单元的扭转受力由剪切弹簧组体现。修正后的弹簧组受力性能的描述的理论基础更为明确,计算参数的确定更为简单。3.本文提出了通用的离散壳单元模型,其中包含一般四边形单元和三角形单元,并将壳单元间的弹簧组构型与杆段多弹簧模型中的弹簧组构型进行了统一。此单元模型可应用于各种简单或复杂形状的墙板构件以及复杂结构的受力分析,完善了多弹簧壳单元模型的单元构型,弥补了单元构型过于简单的缺点。4.本文基于已有的离散元程序SMS-Collapse进行二次开发,将本文修正的多弹簧单元模型及提出的通用的离散壳单元模型在程序中予以实现。本文主要对该程序中的前处理程序进行了优化,将有限元模型转化为离散元模型,简化了离散单元法复杂的建模及单元划分过程。并依据修正后的计算理论对计算程序部分进行了修正。5.本文基于修正的杆段多弹簧模型对悬臂柱在单轴及双轴加载下进行模拟分析。并针对单元截面弹簧数对计算结果及计算效率的影响进行研究。所得计算结果与试验结果吻合较好。说明本文所修正的杆段多弹簧模型是合理可行的。6.本文基于提出的通用的离散壳单元模型分别对无洞剪力墙及开洞剪力墙分别进行了模拟分析。主要分析并探讨了多弹簧壳单元模型对于不同单元大小、不同截面弹簧数以及是否考虑钢筋对混凝土的约束作用对计算结果的影响。并针对剪力墙内是否应当布置边缘构件,以及轴压比的大小对剪力墙非线性性能的影响分别进行模拟计算分析。所得计算结果与试验结果吻合较好。说明本文所修正的多弹簧壳单元模型及提出的通用的离散壳单元模型是合理可行的。本文所修正的多弹簧单元模型及提出的通用的离散壳单元模型能够较好地应用于各种杆状及壳类构件的非线性分析,并具有较高的精确度及效率。本文所研究的多弹簧单元模型弥补了原有模型对复杂结构的非线性性能模拟精确度不足和适用范围小的缺点,并可用于对结构或构件在地震作用下的受力分析及倒塌过程模拟。