钢筋混凝土结构非线性阶段动力响应实验研究与数值模拟

摘要

钢筋混凝土材料是我国现在以及今后相当长的一段时间内的重要的建筑材料，其阻尼性能的优劣直接关系到建筑结构抗震抗风性能的强弱，阻尼如何取值也关系到结构动力分析的准确程度，影响阻尼的因素众多，其中结构损伤对混凝土结构的阻尼性能影响很大，但是定性的研究损伤和结构的阻尼比的关系却是非常复杂和困难；另外，致力提高结构材料的阻尼能力为土木工程结构的防灾减灾开辟了一条新的途径，钢筋混凝土的阻尼性能可以通过材料、构件和结构不同层次的试验系统研究，也可以通过有限元软件来模拟仿真分析钢筋混凝土的阻尼增强对结构的减震作用。本文的研究内容主要有以下方面：
　　首先，为了定性的研究不同程度的损伤对构件刚度与阻尼性能的影响，本文首先利用分级加载简支梁试验，对钢筋混凝土构件造成不同程度的损伤，然后试验测试其对应阻尼比和损耗因子的变化，通过模态分析得出动力特性参数，分析频率、阻尼比、损耗因子、及储存模量随不同损伤状态的关系。最终对分级加载试验数据进行非线性回归，得到了以荷载等级为自变量的频率、阻尼比、损耗因子、储存模量的表达式。
　　第二，为了更形象地研究柱的阻尼性能对框架减震耗能的影响，通过ANSYS来模拟柱加入阻尼增强掺合料后的阻尼增强效果，建立了单榀钢筋混凝土框架有限元模型（强梁弱柱），并分别设置三维有限元框架模型的框架柱的粘性阻尼比为4％、6%、8%和10%，进而研究柱的阻尼增强对于整体结构的减震作用。有限元模拟结果表明：框架柱粘性阻尼比的增加有效的提高了框架的抗震能力，并使框架的主振频率发生了变化。
　　第三，为了研究工程中普遍使用的结构形式—框架结构，建立了两层框架模型，对比研究了柱、梁构件的阻尼增强对于整体结构的减震效果。假设柱构件粘性阻尼比为4%时，梁构件的粘性阻尼比分别为4%、6%、8%和10%；假设梁构件的粘性阻尼比为4%时，柱构件的粘性阻尼比分别为4%、6%、8%和10%。模拟结果表明：梁构件和柱构件在框架减震耗能中起到的作用是相当的。总体来说，柱的减震耗能能力会略强于梁的减震耗能能力。
　　最后分别分析了强柱弱梁框架模型在柱构件增强阻尼和梁构件增强阻尼时的减振能力，并分析了框架中裂缝的发展。

目录

钢筋混凝土结构非线性阶段动力响应实验研究与数值模拟

NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON DYNAMIC RESPONSES OF REINFORCD CONCRETE IN NON-LINEAR STAGE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 本课题研究的目的及意义

1.3 国内外相关技术发展现状

1.3.1钢筋混凝土非线性分析现状

1.3.2阻尼增强混凝土的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 损伤对钢筋混凝土材料与构件阻尼特性影响研究

2.1 引言

2.2损伤状态下钢筋混凝土构件的阻尼特性研究

2.3损伤状态下钢筋混凝土材料的阻尼特性研究

2.4简支梁的模态分析

2.5 本章小结

第3章 阻尼增强钢筋混凝土框架（强梁弱柱）的有限元模拟

3.1 引言

3.2 ANSYS中的阻尼

3.3材料模型

3.4钢筋混凝土框架结构的地震反应时程分析的有限元模拟

3.5有限元的模拟结果与分析

3.6 本章小结

第4章 阻尼增强钢筋混凝土框架（强柱弱梁）的有限元模拟

4.1 引言

4.2影响收敛稳定性和速度的因素

4.3材料模型

4.4钢筋混凝土框架结构的地震反应时程分析的有限元模拟

4.5 有限元的模拟结果与分析

4.6 频谱分析

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢