三大常用结构的简化振动模型研究

摘要

建筑结构的振动简化模型能够较真实地反映结构的振动特性。本文建立了三种振动简化模型——多质点系剪切型模型、剪切-弯曲型模型以及去除弯曲型模型，且将各简化模型与空间杆系模型的地震反应进行比较，并以此讨论它们的精确性，提出各振动模型的使用条件和范围，为框架结构、剪力墙结构与框架-剪力墙结构这三大常用结构振动模型的研究和设计提出分析依据。主要研究工作及成果如下：
　　1．描述了结构的剪切变形和结构的弯曲变形，结构的剪切变形包含构件的剪切变形和构件的弯曲变形。为便于研究，有必要将结构剪切变形和结构弯曲变形以及两者对应的刚度分开讨论。
　　2．建立6层和12层空间钢筋混凝土框架结构作为算例模型。先利用SNAP有限元软件对其空间杆系模型进行弹塑性时程分析；再分别将两个算例模型转化为多质点系剪切型模型，利用电算程序进行弹塑性时程分析。最后验证了多质点系剪切型模型用于低层结构时比较精确，而对于高层结构，则应慎重选用。
　　3．建立“剪切-弯曲”型模型，将框架-剪力墙结构的框架部分与剪力墙部分分离开进行讨论。通过框架-剪力墙结构及其框架部分与剪力墙部分的各楼层与其相应的横向位移之间的关系，验证了“框架结构变形呈剪切型，剪力墙结构变形呈弯曲型，框架-剪力墙结构变形呈弯剪型”的经典理论。通过自编程序的“剪切-弯曲”型模型与M idas/Ge n的空间杆系模型计算结果的分析对比，说明本文采用的理论分析方法是合理的，其自编程序运行结果是正确的。
　　4．建立去除弯曲型模型，提出框架结构剪切弹性刚度实用值计算方法和各层恢复力模型参数的确定方法，为高层框架结构的地震反应弹塑性时程分析提供有力手段。通过比较12层三种相似结构的弯曲变形占总变形的百分率可知，结构越高处，弯曲变形越明显；框架结构弯曲变形小，剪力墙结构弯曲变形大；框架-剪力墙结构弯曲变形处于前两者之间。三种结构利用去除弯曲型模型计算的地震反应与多质点系剪切型模型、空间杆系模型均有差异。但去除弯曲型模型可精确的反映结构各楼层的真实剪切位移和真实剪切刚度，并且不论何种结构与结构高低，均可使用。

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第1章 绪论

1. 1 三大常用结构及其振动模型的意义

1. 2 建筑结构分析模型

1. 3 本文的研究内容

第2章 剪切变形与弯曲变形

2. 1 结构剪切变形

2. 2 结构弯曲变形

2. 3 讨论结构剪切变形与弯曲变形的意义

2. 4 本章小结

第3章 多质点系剪切型模型

3. 1 多质点系剪切型模型

3. 2 算例模型

3. 3 计算与结果

3. 4 本章小结

第4章 剪切-弯曲型模型

4. 1 剪切-弯曲型模型

4. 2 算例模型

4. 3 计算与结果

4. 4 本章小结

第5章 去除弯曲型模型

5. 1 去除弯曲型模型

5. 2 框架算例模型

5. 4 框架结构真实剪切刚度实用值简易确定方法

5. 5 框架结构验证

5. 6 剪力墙算例模型

5. 7 剪力墙结构分析

5. 8 框架-剪力墙算例模型

5. 9 框架-剪力墙结构分析

5. 10 三种结构弯曲变形比较

5. 11 本章小结

结论与展望

参考文献

附录1 计算机设计程序

附录2 自编剪切-弯曲型模型弹塑性时程分析程序

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢