复杂体型结构的动力特性研究分析

摘要

随着我国经济和人口城市化的迅速发展，对城市高层、超高层建筑的需求量不断扩大。在这种情况下，建筑结构在大震作用下的整体抗倒塌性能就显得至关重要。对高层建筑而言，安全性设计的主要方面是抗震设防，中国抗震设计规范规定应对延性结构和超限结构进行结构弹塑性变形验算。 一些在受力和变形上不规则的复杂体型结构，对其几何尺寸的选取、模型的建立、参数的设置等在设计规范中并没有明确的规定。因此，对这类结构，工程设计中一般仅凭设计人员的经验进行质上的把握，缺乏理论依据。尤其在强震作用下结构的抗倒塌能力、结构联系的设置对结构整体性能的贡献和影响，都是结构设计中无法判断的技术难题。因此，本文针对地震作用下复杂体型结构的动力特性进行了研究，主要包括两个方面：第一，复杂体型结构在罕遇地震下的结构性能；第二，复杂体型结构在罕遇地震下的结构优化设计。 本研究主要用PKPM和ANSYS两种软件对实际复杂体型结构在罕遇地震下进行了弹塑性动力分析。该结构属于超限结构，结构形式特殊：通过顶层网架把三个独立的结构连接在一起。通过对两种软件计算结果的对比分析，研究以下几个方面的问题：①顶层网架对整体的作用效果；②两种软件在结果上的差异；③如何选择合适的地震波；④通过改变三个结构中的其中一个结构(简体)的刚度来研究整体结构的动力响应，进而探索是否可以对结构运用计算机仿真分析达到优化设计的目的。通过研究分析，得出以下几点结论：①在相互独立的结构上施加适当的联系，可以提高结构的整体性，增强其抗震性能；②ANSYS在三维仿真分析中能很好地反映结构的真实情况，分析结果优于PKPM软件：③在ANSYS中，对人工波和实际波使结构产生的层间最大位移和层间剪力的对比结果表明：合适的实际波能真实的反应出结构的动力特性。④当某一塔体刚度改变时，分析其对结构整体性能的影响，寻求使结构性能最优的几何尺寸。结果表明：应用计算机软件对结构进行优化设计是可行的。这样的探索对类似结构的概念设计具有一定的指导意义。 研究分析结果表明，对于不同材料所组成的复杂体型结构，研究在罕遇地震作用下的动力响应，对其进行三维仿真分析是十分必要的；对于复杂体型结构可以通过计算机仿真分析方法进行优化设计，为实际工程设计提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1结构抗震理论的发展过程

1.2抗震设计方法的发展

1.3研究复杂高层建筑地震反应的目的和意义

1.4本文的研究内容

1.5本论文要解决的主要问题

1.6地震波的选择

1.7本章小结

第二章复杂高层建筑的计算分析方法与应用

2.1高层建筑结构地震时弹塑性分析概况

2.2高层建筑结构地震时弹塑性变形计算的方法

2.2.1引言

2.2.2弹塑性静力分析方法

2.2.3弹塑性动力分析方法

2.3弹塑性分析在工程设计实践中的应用

2.4本章小结

第三章ANSYS与PKPM软件的应用与特点

3.1 ANSYS软件的应用及使用方法

3.2 PKPM软件的应用

3.3本章小结

第四章超限高层结构在罕遇地震作用下弹塑性变形的研究分析

4.1概述

4.2应进行罕遇地震下结构弹塑性变形研究分析的结构

4.3对规范规定的层间弹塑性位移角限值的分析

4.4本章小结

第五章时程分析计算

5.1 ANSYS有限元模型

5.2地震波及其ANSYS计算

5.2.1地震波

5.2.2结构自振分析

5.2.3层位移与剪力计算分析

5.2.4网架各支座的最大位移计算

5.2.5改变塔三(简体)刚度的研究分析

5.3 PKPM软件计算

5.4 ANSYS与PKPM实际波数据对比

5.5本章小结

第六章结论分析与展望

参考文献

致谢

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