收藏本站
《湖南大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钢筋混凝土高层建筑结构三维线性及非线性地震反应分析方法的研究

王朝晖  
【摘要】:随着经济与社会的发展,社会财富大量集中,大地震造成的经济损失越来越大。现行的以保证人的生命安全为一级设计准则的抗震设计理念,在控制结构破坏、减少财产损失方面显得越来越力不从心。为了更好地控制结构在地震中的反应,美国学者在20世纪90年代初率先提出了基于性能的抗震设计,并得到各国工程界的广泛认同。作为实现基于性能抗震设计主要工具的线性动力分析方法、非线性静力分析方法(即pushover分析方法)及非线性动力分析方法,得到了广泛的研究和改进。本文在总结前人研究成果的基础上,对钢筋混凝土不规则空间结构的三维线性动力分析方法、三维非线性静力pushover方法进行了系统的研究,具体工作有以下几个方面。 1、钢筋混凝土柱、梁、结点模型的研究与改进。建立了钢筋混凝土空间柱单元的纤维模型。与以往的纤维模型不同,本文根据柱的受力特征,假定其塑性变形均匀地发生在两端一定长度的塑性铰区内,将柱单元划分为三个区段,即两端的塑性铰区和中间的弹性区。塑性铰区用空间弹塑性柱单元模拟,中间弹性区用空间弹性柱单元模拟,再采用静力缩聚的方法得到整个柱单元的刚度矩阵。改进了钢筋混凝土平面梁单元的多区段单元模型,使区段数可以自由调整,每个区段的截面刚度根据截面分析的结果确定,整个梁单元的刚度矩阵由各个区段的刚度矩阵组合后通过静力缩聚而成。采用计算机数值模拟的方法研究了梁纵向钢筋在梁柱结点混凝土中的滑移,根据滑移分析与梁截面分析的结果,提出了确定梁端弯矩与附加滑移转角关系的方法。将梁两端的转动弹簧与梁一起,建立了超级梁单元。 2、改进了剪力墙多垂直杆模型。在材料本构关系层次上确定各个垂直杆中钢筋和混凝土的轴向刚度,用软化桁架模型确定剪切弹簧的剪切刚度。并根据剪力墙截面的开裂长度和压溃长度,提出了一种考虑墙体弯曲变形影响剪切刚度的新方式,该方式计算简便,又能较好地考虑弯曲变形对剪切变形的影响。建议了一种考虑墙底转动的新方法,它通过计入墙体端部约束构件纵向钢筋的滑移来考虑墙底的转动。采用改进后的多垂直杆模型对文献上提供的两个剪力墙试验结果进行了比较,结果显示对带暗柱墙计算承载力高于试验结果约20%,对带明柱墙两者相符较好。 3、三维线性地震反应分析方法的研究。采用刚性楼板假定,建立了三维结构的平面子结构平扭模型与杆系型平扭模型。通过一个9层框架结构和一个20层框筒双塔结构的动力时程分析,比较了这两种模型分析结果的差别并对其原因进行了探讨。针对平面子结构平扭模型的缺陷,从两个方面对其进行了改进,改进后模型的计算精度有较好的提高。 4、结构三维非线性静力pushover分析方法的研究及程序编制。研究了在不规则空间结构中进行静力pushover分析的两种方法,即N2方法与模态pushover方法;以本文建立的单元模型为基础,应用MATLAB语言编制了结构三维非线性pushover分析的计算机程序,对两个不规则的空间钢筋混凝土框架结构分别使用N2方法与模态pushover方法进行了抗震性能计算,比较了这两种方法计算结果的差别。并探讨了结点钢筋滑移对结构抗震性能的影响,在考虑钢筋滑移后,结构的目标位移增大,从而使层间变形也增大。 5、结构三维非线性pushover分析方法准确性评价。以通用软件CANNY为分析工具,采用多条地震波弹塑性时程分析的平均结果为标准,分别从目标位移、层间位移及层间扭转角三个方面对静力pushover分析结果的准确性进行了评估,揭示了现行三维pushover方法在抗震性能评估方面存在的缺点是:(1)高估结构下部的地震反应,低估结构上部的地震反应;(2)不能正确表现结构刚度突变层地震反应的突变情况。 6、结构三维非线性pushover分析方法的改进。对N2方法提出了两种改进方法:(1)双向同时推覆N2方法。该方法按照使扭转变形最大的原则组合两个方向的水平推覆力,同时施加于结构上,对结构的层间扭转角评估有较大的改善。(2)多模态N2方法。此方法在x、y方向明确考虑了高阶模态荷载分量的影响,故在最大层间位移和扭转角方面都有较明显的改善。对模态pushover方法建议了三种改进方法:(1)正反向MPA方法。它综合考虑了模态荷载从正向与反向施加时的最不利组合情况,对于扭转不明显的结构,其结果与原MPA方法很相近;对扭转明显的结构,则大于原MPA方法的结果。该方法更能表现结构在地震中最不利的受力与变形情况。(2)模态位移成比例的MPA方法。该方法根据“基本模态组”的目标位移来计算高阶模态目标位移,一方面克服了MPA中高阶模态推覆曲线可能出现怪异形状的困难,另一方面简化了高阶模态的目标位移计算方法,其计算精度与原MPA方法相当,是一种可取的改进方法。(3)增大高阶模态目标位移的荷载相关Ritz向量(LDR)MPA方法。该方法采用与荷载相关Ritz向量而非精确的特征向量作为结构的振型,并且通过考虑被截断模态的振型参与质量来提高选用的较高阶振型的目标位移,取得了很好的改进效果。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU973.12;TU311.3

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪钰;;钢筋混凝土框架结构的Pushover分析[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年04期
2 但敏;贺培源;;平面不规则结构的抗震性能研究[J];山西建筑;2010年29期
3 卢文生,吕西林;框架剪力墙结构模态静力非线性抗震分析方法研究[J];地震工程与工程振动;2005年01期
4 俞瑞芳;张俊发;周锡元;;基于结构Push-over曲线的目标位移的确定[J];建筑结构;2008年07期
5 屈涛;;静力弹塑性分析方法在抗震设计中的应用[J];大众科技;2010年06期
6 常兆中;周锡元;王有为;崔建友;;混凝土小型空心砌块结构基于性能的目标位移确定方法[J];建筑结构;2007年08期
7 李静斌;葛素娟;;静力弹塑性分析在大跨钢结构设计中的应用[J];郑州大学学报(工学版);2005年04期
8 郭磊;李建中;范立础;;直接基于位移的结构抗震设计理论研究进展[J];世界地震工程;2005年04期
9 郝安民;周德源;;静力弹塑性分析中目标位移的研究及应用[J];建筑科学与工程学报;2009年04期
10 张宝生;崔松;卢文生;;框架结构模态静力非线性抗震分析方法研究[J];建筑结构;2009年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尹越;李顺;黄鑫;;Pushover方法在交错桁架体系抗震性能分析中的应用[A];第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2006年
2 倪永军;李慧杰;江辉;;城市轨道交通简支梁桥基于模态分析的Pushover方法[A];第八届全国地震工程学术会议论文集(Ⅱ)[C];2010年
3 陶勇锋;;基于性能的多高层钢框架结构优化设计[A];第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2005年
4 周骥;刘红梁;陆钦年;;能力谱法和改进的能力谱法求解目标位移[A];第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2003年
5 简斌;朱浪涛;万李;;无粘结预应力楼板-异形柱住宅结构体系的抗震性能分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
6 吴平川;魏翠玲;;建筑结构基于性能的抗震设计[A];第14届全国结构工程学术会议论文集(第三册)[C];2005年
7 万金国;杜新喜;谭美超;;钢框架静力弹塑性分析原理与应用[A];钢结构工程研究(七)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2008年学术交流会论文集[C];2008年
8 简斌;朱浪涛;万李;;无粘结预应力楼板—异形柱住宅结构体系的抗震性能分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
9 王明珠;管志忠;王树;葛家琪;;云顶花园综合楼非线性地震响应分析[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
10 傅学怡;顾磊;;国家游泳中心结构设计[A];首届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王朝晖;钢筋混凝土高层建筑结构三维线性及非线性地震反应分析方法的研究[D];湖南大学;2009年
2 方德平;剪力墙中断的高层框—剪结构抗震性能分析与工程应用[D];华侨大学;2007年
3 邓明科;高性能混凝土剪力墙基于性能的抗震设计理论与试验研究[D];西安建筑科技大学;2006年
4 李颖;高桩码头抗震性能计算分析[D];大连理工大学;2011年
5 辛力;高性能混凝土剪力墙直接基于位移的抗震设计方法研究[D];西安建筑科技大学;2009年
6 贾立哲;结构抗震性能与地震损失的凸集分析方法[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 龚胡广;基于性能的抗震设计方法及其在高层混合结构抗震评估中的应用[D];湖南大学;2006年
8 常兆中;混凝土砌块结构非线性地震反应分析及基于性能的抗震设计方法[D];中国建筑科学研究院;2005年
9 陈敏;速度相关型被动消能体系设计方法与优化控制[D];湖南大学;2006年
10 王丰;基于性能的结构多维抗震设计方法研究[D];大连理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘跃宇;结构抗震静力弹塑性分析方法(Pushover)的研究与改进[D];中南大学;2011年
2 万成成;能力—需求谱抗震设计方法中的目标位移确定方法研究[D];重庆大学;2012年
3 谢玉娜;桥梁抗震分析中考虑高阶振型影响的pushover分析方法[D];湖南大学;2011年
4 郭志勇;基于Pushover的现役建筑结构抗震性能评估[D];西安建筑科技大学;2011年
5 刘会欣;地震作用下型钢混凝土组合结构的静力弹塑性pushover分析[D];河北工程大学;2011年
6 吕国栋;基于Pushover分析的城市高架桥梁抗震性能评估[D];兰州交通大学;2012年
7 李永平;Pushover静力弹塑性分析方法在多层排架结构工业厂房中的应用[D];南京理工大学;2010年
8 冯晶;考虑桩—土—结构相互作用的上部结构Pushover分析[D];大连理工大学;2012年
9 翁健;预应力混凝土框架结构直接基于位移的抗震设计方法及其抗震能力研究[D];重庆大学;2009年
10 赵磊;改进后的Pushover分析方法在地下工程中的应用研究[D];北京建筑工程学院;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026