基于OpenSEES的RC框架结构非线性分析

摘要

钢筋混凝土框架结构平面布置灵活多样，传力机制简明清晰，是我国多高层建筑中最常用的结构形式;此外，因为其具有较高的承载力、良好的延性和整体性，被广泛应用于地震设防区，因而研究钢筋混凝土框架结构的抗震性能具有重要的意义。基于有限元分析软件的结构非线性分析方法作为一种高效、实用的研究手段被广泛应用于地震工程领域。
　　 本文在广泛参阅国内外相关文献的基础上，进行了以下几方面的研究:
　　 1、首先，对基于有限单元刚度法和基于有限单元柔度法的非线性纤维梁柱单元基本理论进行简单论述。其次，以一钢筋混凝土悬臂柱为例对OpenSEES程序中的三种非线性纤维梁柱模型（DB单元、FB单元和HB单元）的单元划分、积分段划分和截面纤维划分问题进行研究，结果表明:对于DB单元，应将一个构件划分为5个或以上单元，对于FB单元一个构件划分为一个单元即可;对于DB单元和FB单元，单元内应使用4个或以上积分点;对于这3种梁柱单元，截面均应划分为6×6或更精细的纤维网格。
　　 2、基于OpenSEES程序，对一钢筋混凝土框架结构试验进行数值模拟，模拟结果与试验结果高度吻合，验证了模型的准确性。对特定模型参数和建模方法进行研究，认为在建立钢筋混凝土框架结构数值模型时，不应考虑框架柱受力钢筋的强化;梁柱节点应采用纤维梁柱单元组合节点区单元来模拟;整体框架模型则可不加入节点区单元，仅采用纤维梁柱单元就能取得良好的计算效果。
　　 3、采用静力分析方法，研究了框架柱轴压比、配筋率和现浇楼板对框架结构延性和耗能能力的影响，结果表明:降低框架柱的轴压比可以提高框架结构的延性;提高框架柱的配筋率可以增强结构的延性和耗能能力;现浇楼板的存在会降低结构的延性和耗能能力，并且降低程度随有效翼缘宽度取值的增大而增大。
　　 4、采用动力非线性分析方法，研究了框架柱轴压比、现浇楼板和框架梁截面尺寸对结构抗震性能的影响，结果表明:降低框架柱的轴压比可以有效提高结构的抗震性能;现浇楼板的存在和框架梁的截面尺寸过大会影响结构在罕遇地震下“强柱弱梁”屈服机制的形成，使结构出现薄弱层破坏，降低结构的抗震性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 钢筋混凝土结构非线性有限元分析概述

1．2．1 非线性有限元理论概述

1．2．2 钢筋混凝土结构非线性有限元分析

1．3 本文主要研究工作

第2章 OpenSEES程序中的梁柱单元

2．1 引言

2．2 OpenSEES程序中的非线性纤维梁柱单元

2．2．1 梁柱单元基本理论

2．2．2 OpenSees程序中三种常用的非线性梁柱单元

2．3 非线性纤维梁柱单元参数分析

2．3．1 单元划分数量

2．3．2 单元积分控制点数量

2．3．3 截面纤维网格划分

2．4 本章小结

第3章 框架结构静力分析实例

3．1 引言

3．2 RC框架及构件试验模拟

3．2．1 试验概况

3．2．2 数值模拟

3．3 影响钢筋混凝土框架结构延性及耗能能力的因素

3．3．1 钢筋混凝土框架结构的延性与耗能能力

3．3．2 轴压比对框架结构延性和耗能能力的影响

3．3．3 柱配筋率对框架结构延性和耗能能力的影响

3．3．4 现浇混凝土楼板对框架结构延性和耗能能力的影响

3．4 本章小结

第4章 地震作用下框架结构的抗震性能分析

4．1 引言

4．2 地震波的选取

4．3 轴压比对结构地震响应的影响

4．3．1 框架基本信息

4．3．2 结构顶点位移

4．3．3 结构基底剪力

4．3．4 结构层间位移角及其沿层高分布

4．4 有效翼缘宽度取值对结构地震响应的影响

4．4．1 结构顶点位移

4．4．2 结构基底剪力

4．4．3 结构层间位移角及其沿层高分布

4．5 梁截面尺寸对结构地震响应的影响

4．5．1 结构顶点位移

4．5．2 结构基底剪力

4．5．3 结构层间位移角及其沿层高分布

4．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢