大跨度梁式转换层结构内力数值分析与应用研究

摘要

在现代城市高层建筑中，跨度超过15米的转换结构已经有了一定的应用，伴随着水平转换构件跨度的增大，普通钢筋混凝土梁式转换结构也有更大的截面需要，这从经济上、建筑空间上和结构设计上考虑都是不利的。型钢混凝土转换梁和预应力混凝土转换梁都可以解决普通钢筋混凝土转换梁截面尺寸过大的问题，但是目前对两种结构的受力性能研究还不够，并不能满足工程设计的需要。因此，对这两种转换结构的力学性能进行进一步的研究有着重要的理论意义和实践意义。
　　 本文以某教学楼为工程背景，利用SAP2000软件对钢筋混凝土梁式转换层结构、型钢混凝土梁式转换层结构和预应力混凝土梁式转换层结构进行竖向静力分析、模态分析、反应谱分析、时程分析和Pushover分析，将三个模型的计算结果进行比较，了解三种转换层结构的受力性能，选择出合适于本结构的转换层结构形式并提出该种结构的设计建议。本文主要得出了以下结论:
　　 (1)采用预应力混凝土转换梁和型钢混凝土转换梁都可以减小梁的截面，预应力混凝土转换梁可以减小28％，型钢混凝土转换梁可以减小40％，型钢混凝土转换梁在控制截面高度上作用更显著。
　　 (2)反应谱分析和时程分析的结果都得出了型钢混凝土梁式转换层结构在控制结构顶点位移上比预应力混凝土梁式转换层结构好的结论，并认为转换梁的改变对结构整体的最大层间位移角影响不大。
　　 (3) Pushover分析的结果表明，三个模型在罕遇地震下均存在性能点，抗震性能是满足要求的。从本文所述三个阶段的出铰图和塑性铰的数量的可以判断:预应力混凝土转换层结构和型钢混凝土转换层结构的耗能能力都优于钢筋混凝土转换梁结构，其中预应力混凝土转换层结构的耗能性更好。
　　 (4)从控制转换梁截面尺寸、控制转换梁的挠度、改善转换梁受力、多遇地震与罕遇地震作用下的动力响应等多个方面判断，本工程选择预应力混凝土转换梁是最为合理的，并且可以认为体型规则上部承托框架的低位转换结构，采用预应力转换梁是较为合理的选择。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 转换层结构的发展

1．3 转换层结构的发展趋势

1．3．1 钢骨混凝土转换层的应用

1．3．2 预应力混凝土转换层的应用

1．3．3 改善转换梁受力性能

1．3．4 新型转换结构的应用

1．3．5 新型抗侧力结构形式的应用

1．4 研究现状

1．4．1 预应力混凝土梁式转换层结构国内研究现状

1．4．2 型钢混凝土梁式转换层结构国内研究现状

1．4．3 转换层结构国外研究现状

1．5 本文的研究内容

第2章 有限元模型的建立

2．1 结构概况

2．2 有限元模型的建立

2．2．1 模型的选取

2．2．2 模型单元类型

2．3 转换梁的设计

2．3．1 预应力混凝土转换梁截面设计

2．3．2 型钢混凝土转换梁截面设计

2．4 本章小结

第3章 转换梁的竖向静力荷载分析

3．1 转换梁在静力荷载下的内力

3．2 转换梁在静力荷载下的挠度

3．3 本章小结

第4章 多遇地震下结构动力响应分析

4．1 模态分析

4．1．1 结构自振周期和质量参与系数

4．1．2 结构振型分析

4．2 反应谱分析

4．2．1 计算参数

4．2．2 楼层剪力分析

4．2．3 位移分析

4．3 线性时程分析

4．3．1 选用的地震波

4．3．2 时程分析结果

4．4 本章小结

第5章 罕遇地震作用下结构静力弹塑性分析

5．1 Pushover分析法

5．1．1 Pushover分析的基本工作

5．1．2 能力谱法

5．1．3 性能点的确定

5．2 计算参数的确定

5．2．1 塑性铰的指定和性能评价

5．2．2 USC规范反应谱与中国规范反应谱参数转换

5．2．3 pushover工况的定义

5．3 模型推覆分析

5．3．1 pushover曲线分析

5．3．2 结构的侧移变形

5．3．3 结构基底-顶点位移曲线

5．3．4 罕遇地震下塑性铰首先产生的部位

5．3．5 罕遇地震下达到性能点时塑性铰的出铰情况

5．3．6 罕遇地震作用下结构达到顶点控制位移时塑性铰的出铰情况

5．4 本章小节

第6章 总结与展望

6．1 本文主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献