板柱结构的抗震性能及拟动力试验
【摘要】：随着建筑业的持续发展，各种结构体系正不断地得到发展，应用领域也不断地得到扩大。正是由于板柱结构体系具有施工工艺简单，结构净空大，可以降低层高和建筑物的总高度，从而降低建筑物的造价等优点，因而在实际工程中得到了广泛的应用。但是，板柱结构体系在水平荷载作用下的受力机理仍不明确，其在应用方面受到了较多的抗震设计方面限制。为了了解板柱结构体系的抗震性能，进一步推广它在实际工程中的应用，有必要对板柱结构进行抗震试验研究。
为了研究此种结构体系的抗震性能，以某一加层改造项目为工程背景进行了几何相似比为1：5的板柱结构模型子结构拟动力试验和推覆试验。由于本文中的试验模型为空间模型，而通常拟动力试验模型为单榀框架结构，同时，原型结构为弯剪型结构而非剪切型结构。针对以上问题，试验中改良了试验加载装置，通过模型参数的合理选取建立了适合弯剪型结构的层模型，同时引入软耦合加载系统控制方法以使位移控制变得快速、精确。通过拟动力试验研究了结构在水平地震作用下的受力特点、变形特征、破坏形态等力学性能；讨论了结构的楼层水平位移、层间位移、应变分布等地震反应特征；分析了结构的变形、滞回曲线等地震性能。
另外还对原型整体结构进行了模态分析和弹性时程有限元分析，最后将各种理论计算结果与拟动力试验结果进行了对比验证。对比了刚性楼板模型与弹性楼板模型的基本动力特性，同时计算得到刚性楼板模型的动力反应时程及结构受力变形特征，并与规范的反应谱分析结果进行比较。多条地震波下的响应结果比较为选择试验的简化模型及地震波提供了依据。
试验结果和理论计算分析结果可以得出结论：在六度多遇和六度常遇地震工况作用时，模型结构表现为弹性变形，模型无任何裂缝及破损。而在七度常遇和七度罕遇地震工况作用时，模型结构主要表现为弹性变形，滞回曲线表明存在一定的塑性变形，在结构表面也出现了较轻程度的破损。从模型的破坏特征看出，模型结构呈现为延性破坏，结构具有较好的延性。在地震烈度不大地区，板柱结构体系能够较好的满足抗震要求。
【关键词】：板柱结构 子结构拟动力试验 抗震性能 弹性时程分析 转换层 加固 【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU398.1
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2006.162092
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-7
- 目录7-9
- 第一章 绪论9-14
- 1.1 研究背景9
- 1.2 国内外板柱结构试验研究概况9-11
- 1.3 国内外拟动力试验研究概况11-12
- 1.4 本文主要研究内容12-14
- 第二章 子结构拟动力试验基本原理14-23
- 2.1 拟动力试验基本原理14-15
- 2.2 子结构拟动力试验基本原理15-16
- 2.3 子结构拟动力试验的组合数值积分方法16-23
- 2.3.1 拟动力试验数值积分方法16
- 2.3.2 子结构拟动力试验组合数值积分方法16-17
- 2.3.3 PC-Newmark组合数值积分方法17-19
- 2.3.4 多自由度子结构拟动力试验过程19-21
- 2.3.5 多自由体系加载位移控制方法21-23
- 第三章 试验模型与试验参数及装置23-44
- 3.1 试验概况23-24
- 3.1.1 原型概况23
- 3.1.2 模型概况23-24
- 3.2 模型结构设计和制作24-29
- 3.2.1 模型相似系数24-26
- 3.2.2 模型设计26-29
- 3.3 模型材性试验29-30
- 3.4 试验初始参数的确定30-36
- 3.4.1 结构质量矩阵30
- 3.4.2 结构初始刚度矩阵30-32
- 3.4.3 试验模型刚度矩阵32-34
- 3.4.4 结构阻尼矩阵34-36
- 3.5 加荷方法36-42
- 3.5.1 竖向加载36-38
- 3.5.2 水平加载38-42
- 3.6 试验参数及程序验证42-44
- 第四章 试验结果及分析44-63
- 4.1 工况一 (六度多遇)44-47
- 4.1.1 反应时程曲线44-45
- 4.1.2 滞回曲线45-46
- 4.1.3 板带应变情况46-47
- 4.1.4 变形及裂缝开展情况47
- 4.2 工况二 (六度常遇)47-50
- 4.2.1 反应时程曲线48
- 4.2.2 滞回曲线48-49
- 4.2.3 板带应变情况49
- 4.2.4 变形及裂缝开展情况49-50
- 4.3 工况三 (七度常遇)50-53
- 4.3.1 反应时程曲线50-51
- 4.3.2 滞回曲线51-52
- 4.3.3 板带应变情况52
- 4.3.4 变形及裂缝开展情况52-53
- 4.4 工况四 (七度罕遇)53-56
- 4.4.1 反应时程曲线53-54
- 4.4.2 滞回曲线54-55
- 4.4.3 板带应变情况55
- 4.4.5 变形及裂缝开展情况55-56
- 4.5 模型破坏形式56-61
- 4.6 本章小结61-63
- 第五章 原型结构整体弹性抗震分析63-76
- 5.1 计算模型建立63-64
- 5.2 结构基本动力特性64-68
- 5.3 结构动力响应时程计算68-72
- 5.3.1 时程计算地震波选取69
- 5.3.2 动力计算响应时程结果69-72
- 5.4 计算结果与试验结果比较72-74
- 5.5 本章小结74-76
- 第六章 结论与展望76-79
- 6.1 结论76-78
- 6.2 展望78-79
- 参考文献79-82
- 致谢82
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