大跨度预应力混凝土梁式转换结构受力性能分析研究

摘要

在现代城市的高层建筑中，为了满足建筑物底部修建大型商场、停车库、大厅或跨越城市道路、消防通道、地下管网等大空间使用功能的要求，需在建筑物底部设置转换层。在多高层建筑的底部获得15米以上无柱的使用空间的需求在不断增加。普通钢筋混凝土转换结构难以满足这种新要求。预应力混凝土具有承载能力高、抗裂性好、自重轻等优点，将使这一工程难题得以很好的解决。作为一种新结构体系，其受力性能有待进一步研究。
　　 本文以实际工程为背景，采用有限元软件SAP2000和ANSYS10.0，对上部承托框架的大跨预应力混凝土转换梁的受力性能进行了分析研究。主要了分析了预应力转换梁同上部结构共同工作的性能；预应力转换梁受到的侧向约束；带预应力转换梁的结构体系的抗震性能这三个方面的问题。
　　 通过分析研究，本文得出了以下结论：
　　 ①转换梁同上部框架有共同工作的性能。支撑在转换梁上的框架内力有向框架边柱集中的趋势。与转换梁相连的一层是上部框架受力集中的部位。在转换梁上部承托框架的结构中，转换梁为一偏心受压构件。
　　 ②增加转换梁上部各层框架边梁、边柱刚度和加密转换梁上部各层框架边跨柱距能够有效的降低转换梁的内力。加强与转换梁直接相连的一层框架也能有效降低转换梁的内力。
　　 ③不管施工顺序如何，在转换梁中施加预应力都能有效降低转换梁上部框架梁、柱和框支柱的内力。
　　 ④框支柱顶的转角对转换梁侧向约束的计算结果影响较大，在转换梁的计算中，应考虑柱顶转角的影响。可采用本文提出的考虑转角的预应力侧向约束计算公式进行转换梁的初步设计，其结果是较为准确的，能满足工程设计的需要。转换梁上部框架对转换梁也有侧向约束的作用，可采用本文推导的公式进行计算。
　　 ⑤按我国现有规范设计的大跨预应力转换梁上托框架的结构体系的抗震性能良好，能满足8度及以下抗震设防要求。结构破坏是由转换梁上部的框架丧失承载力导致的，在结构破坏时，转换层较为完好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2研究现状综述

1.2.1预应力混凝土的概念及其研究现状

1.2.2转换结构的静力性能研究

1.2.3转换结构的抗震性能研究

1.2.4静力弹塑性分析方法研究

1.3本文研究的主要内容

2转换梁同上部框架共同工作的性能

2.1引言

2.2框支剪力墙结构体系受力性能简述

2.2.1框支剪力墙的结构形式

2.2.2框支剪力墙体系的受力机理

2.3转换框架和落地框架内力对比

2.3.1结构分析模型

2.3.2框架梁内力对比

2.3.3框架柱内力对比

2.3.4本节小结

2.4上托框架的转换梁受力特性

2.5施加预应力对转换框架受力性能的影响

2.5.1计算分析模型

2.5.2算例分析

2.6本章小结

3降低转换梁内力的结构布置方案

3.1引言

3.2算例模型

3.3上部框架布置形式对转换梁受力的影响

3.3.1方案Ⅰ-1对转换梁内力的影响

3.3.2方案Ⅰ-2对转换梁内力的影响

3.3.3方案Ⅰ-1与方案Ⅰ-2比较

3.4上部框架粱刚度对转换梁受力的影响

3.4.1方案Ⅱ-1对转换梁受力的影响

3.4.2方案Ⅱ-2对转换梁受力的影响

3.4.3方案Ⅱ-2和Ⅱ-1对转换梁受力影响对比

3.5上部框架柱刚度对转换梁受力的影响

3.5.1方案Ⅲ-1对转换梁受力的影响

3.5.2方案Ⅲ-2对转换梁受力的影响

3.6上部框架结构布置与构件刚度共同调整方案

3.6.1方案Ⅳ-1对转换梁受力的影响

3.6.2方案Ⅳ-2对转换梁受力的影响

3.6.3方案Ⅳ-3对转换梁受力的影响

3.6.4方案Ⅳ-4对转换梁受力的影响

3.7本章小结

4预应力转换梁的侧向约束

4.1引言

4.2不考虑上部框架影响的预应力转换梁侧向约束

4.2.1不考虑柱顶转角框架侧向约束

4.2.2考虑转角的预应力侧向约束公式

4.3上部框架影响的预应力转换梁侧向约束

4.3.1计算模型

4.3.2考虑上部框架侧向约束的公式推导

4.4预应力转换梁侧向约束的解决方法

4.4.1考虑侧向约束的转换梁截面设计

4.4.2降低预应力转换梁侧向约束的工程措施

4.5先简支后连续的预应力转换梁设计方法

4.6算例

4.6.1工程概况

4.6.2优化设计方案1

4.6.3考虑转换梁与上部框架共同作用的优化设计

4.7本章小结

5带预应力转换梁的框架结构抗震性能初步分析

5.1引言

5.2 Pushover分析方法原理

5.2.1结构的能力曲线和需求曲线

5.2.2结构性能点的确定

5.2.3结构抗震性能的评估

5.3本文Pushover分析方法的实施

5.3.1结构分析模型的建立方法

5.3.2塑性铰的定义和设置

5.3.3侧向加载模式的选取

5.4算例模型

5.5模型推覆分析

5.5.1结构性能点

5.5.2结构侧移变形

5.5.3结构基底剪力—顶点位移曲线

5.5.4罕遇地震下达到性能点时塑性铰的出铰顺序

5.5.5结构最终破坏状态

5.6本章小结

6结语

6.1本文主要结论

6.2后续研究工作展望

致 谢

参考文献

附录A.作者在攻读学位期间发表的论文目录：