基于功能理论的新型梁柱板柱组合结构的抗震设计研究

摘要

"新型梁柱板柱组合结构(住宅)体系"是国家自然科学基金资助项目(59878013).本文在课题组已有成果基础上,重点探讨了两个方面的问题:一是该体系考虑填充墙和高振型影响下的抗震性能;二是基于功能理论的抗震设计方法,编制了动力和静力弹塑性时程分析程序.主要研究工作及其成果如下.1.在对16层试点工程进行有限元分析的基础上,对一设置了填充墙9层1:15的梁柱板柱组合结构进行了振动台试验研究.试验结果表明:填充墙在后期参与抗震,增强了构件的后期刚度,较不设置填充墙的组合结构有着更大的抗震能力;填充墙的存在,使底部几层的位移增大,第一振型在底部占主导地位;有了填充墙,高振型影响减弱,但当板柱结构部分层数增多时,仍应考虑高振型的影响.2.进行了4榀填充墙框架的低周反复加载试验研究.试验研究及相应的理论分析结果表明,由于填充墙与框架之间的相互约束,其受力性能与纯框架有所不同,无论是承载能力、刚度影响还是能量吸收能力方面均较纯框架为高,即便达到屈服荷载后,填充墙框架仍具有相当的强度及足够的延性.因此,可用作抗震结构.3.建立了时程分析所需用的考虑填充墙影响框架结构的三线性恢复力模型,定量给出了模型中的主要特征参数——抗侧刚度及荷载在各阶段的计算式,不同施工方法对承载力影响的调整系数等.与试验结果比较,吻合较好.4.进行了动力弹塑性时程分析和静力弹塑性时程分析.在动力弹塑性分析部分中,自行编制了可用于梁柱板柱组合结构计算的动力弹塑性时程分析程序FSFP.该程序的最大特色是首次引入了"变刚度等代梁"计算模型并采用"压柱比拟法"进行计算,此外,程序还考虑了填充墙的作用影响,可进行多种工况下结构的动力弹塑性分析.程序FSFP输入方便,可生成多个可对结构进行抗震评估的数据参数.5.进行了基于功能理论的抗震设计研究,本文编制了可对梁柱板柱组合结构进行计算的静力弹塑性分析程序.考虑到新型梁柱板柱组合结构(住宅)体系的动力反应受高振型影响比较明显,传统意义上的pushover算法不太合适,为此本文提出了一种基于平面杆系模型的改进自适应pushover法.算例分析表明,由于该算法考虑了结构的瞬时周期和瞬时振型等因素,因而较之其它固定的侧向加载形式更加趋于合理,高振型的影响得到了削弱.6.本文所编的程序FSFP,可作为新型梁柱板柱组合结构(住宅)体系的专用程序.对试点工程的计算表明,由于采用了"变刚度等代梁"模型,考虑了填充墙的影响和改进自适应pushover法,比现有方法更合理、安全.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2板柱结构的研究现状与进展

1.3功能理论研究现状与发展

1.3.1理论框架

1.3.2地震设防标准

1.3.3功能指标

1.3.4基于功能的抗震设计方法

1.4东南大学对于新型梁柱板柱组合结构的研究及成果

1.4.1振动台试验研究

1.4.2设抗冲切元件并受有不平衡弯矩的冲切试验

1.4.3地震作用下板柱结构的“变刚度等代梁”模型

1.4.4较优的结构方案

1.4.5适用范围

1.5本文研究的目的和内容

参考文献

第二章考虑填充墙影响的新型梁柱板柱组合结构振动台试验研究

2.1前言

2.1.1两个12层模型振动台试验概况

2.1.2对高层试点工程有限元分析后提出的问题

2.1.3本章的主要内容

2.2试验设计

2.2.1模型结构的设计与制作

2.2.2振动台简介

2.2.3模型安装与测点布置

2.2.4输入波形及工况

2.3试验结果及数据分析

2.3.1试验过程描述

2.3.2动力特性

2.3.3模型的地震反应

2.4本章小结

参考文献

第三章填充墙框架模型的低周反复加载试验研究

3.1引言

3.2试验概况

3.2.1试件的设计及制作

3.2.2加载装置及测点布置

3.3试验结果

3.3.1破坏形态及破坏过程

3.3.2试件受力分析

3.4反复水平荷载作用下试件的性能分析

3.4.1滞回环曲线

3.4.2延性

3.4.3耗能能力

3.4.4骨架曲线及其模型化

3.4.5刚度及其退化

3.5本章小结

参考文献

第四章填充墙框架的刚度、承载力取值及恢复力模型

4.1引言

4.2填充墙框架的抗侧刚度计算

4.2.1刚度K1

4.2.2刚度K2

4.2.3刚度K3

4.3填充墙框架的抗剪承载力

4.3.1砖填充墙框架开裂荷载的计算

4.3.2砖填充墙框架极限荷载的计算

4.4填充墙框架的恢复力模型及其特征参数

4.4.1折线计算模型表达式

4.4.2填充墙框架恢复力特性的特征参数

4.5本章小结

参考文献

第五章梁柱-板柱组合结构的杆系模型动力时程分析程序

5.1引言

5.2时程分析程序

5.2.1结构的动力分析模型

5.2.2力学计算模型

5.2.3恢复力模型

5.2.4地震波的输入

5.2.5“变刚度等代梁”模型简介

5.2.6“压柱比拟法”法简介

5.2.7方程的求解

5.2.8结构动力微分方程的求解

5.3 FSFP程序简介

5.3.1 FSFP程序功能介绍

5.3.2 FSFP程序的输出功能

5.4程序应用

5.4.1计算模型

5.4.2计算结果

5.5数据分析

5.6本章小结

参考文献

第六章基于自适应谱理论新型梁柱板柱组合结构的静力弹塑性时程分析程序

6.1静力弹塑性分析(pushover)法的基本原理及实施步骤

6.2几种代表性的pushover分析方法简介

6.2.1能力谱法

6.2.2改进的能力谱法

6.2.3位移影响系数法

6.2.4适应谱pushover法

6.3关于pushover分析中侧向荷载分布方式的研究

6.4基于平面杆系结构模型的改进自适应谱pushover法

6.5算例应用

6.6计算结果分析

6.7本章小结

参考文献

第七章全文总结

7.1试验研究部分

7.1.1试验研究1——振动台试验研究

7.1.2试验研究2——低周反复加载试验研究

7.2理论研究部分

7.2.1动力弹塑性时程分析

7.2.2静力弹塑性时程分析

7.3今后工作建议

致谢

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