基于OpenSees的摇摆单跨RC框架结构抗震性能分析

摘要

常规基于延性抗震设计理念的抗震设计方法是以结构构件破坏为代价的，致使震后修复困难且昂贵，或残余变形过大被迫拆除，造成巨额经济损失，仅保证“大震不倒”的设防目标已不能满足现代社会的需要。单跨RC框架结构（Single-span RC Frame Structure，简写为SS-RCFS）在历次地震中均遭到严重破坏或倒塌。本项目利用单跨RC框架结构的特点，基于结构摇摆减震机制，提出一种新型的抗震设计方法，即将单跨RC框架结构柱脚搁置在杯形基础中，框架柱四周和底部通过橡胶块与基础相连，并在基础顶面设置软钢翼板，允许其有限抬升（跷动），构成摇摆单跨RC框架结构（Rocking Single-span RC Frame Structure，简写为RSS-RCFS）。为了深入了解该体系的抗震性能，本文利用有限元软件OpenSees建立摇摆单跨RC框架结构模型，通过数值模拟分析得到结构柱底提离曲线、水平位移曲线、层间位移角、层最大加速度、层间剪力和摇摆单跨RC框架结构基底剪力与单跨RC框架结构基底剪力的比值，分析了地震动强度、结构高宽比和金属阻尼器屈服强度对摇摆单跨RC框架结构抗震性能的影响。本文研究内容和主要结论如下：
　　1.确定了地震波的选波原则，并根据该原则分别选取了2条长周期地震波和3条短周期地震波；介绍了摇摆单跨RC框架结构的提出、模型的建立和相关单元设计参数的确定方法。
　　2.通过数值计算分析了地震动强度对摇摆单跨RC框架结构抗震性能的影响，结果表明：随着地震动作用强度的增大，摇摆单跨RC框架结构柱底竖向位移和水平位移反应明显增强；在长周期地震动作用下的竖向位移反应和水平位移反应明显比短周期作用下的大，且在不同地震动作用下水平位移和竖向位移都没有明显变化规律；相对于单跨RC框架结构，摇摆单跨RC框架结构的层间位移角和层最大加速度明显降低，两者的基底剪力比值也呈下降趋势，且最大层间剪力的差值随着层数的增加而减小。说明地震动强度增大，摇摆单跨RC框架结构的抗震性能增强，但对不同地震动其减震效率不同。
　　3.分析了高宽比为2.29、2.86和3.45的摇摆单跨RC框架结构在地震作用下的柱底提离反应、层间位移角和层间剪力，结果表明：随着结构高宽比的增大，摇摆单跨RC框架结构的柱底提离反应增大，层间位移角相对于单跨RC框架结构层间位移角明显降低，基底剪力与单跨RC框架结构基底剪力的比值呈现下降趋势，且两者层间剪力的差值随着层数的增加而减小。说明摇摆单跨RC框架结构随高宽比增大，抗震性能增强。
　　4.分析了当金属阻尼器的屈服强度为100Mpa和235Mpa时，摇摆单跨RC框架结构在地震作用下柱底提离反应、层间位移角和层间剪力，结果表明：当金属阻尼器屈服强度为100Mpa时，柱底提离反应更明显，且层间位移角和层间剪力都更小，具有更好的抗震性能，但减震效果不明显。

目录

声明

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外摇摆结构的研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基于OpenSees摇摆单跨RC框架结构模型

2.1 引言

2.2 OPENSEES简介

2.3 摇摆单跨RC框架结构

2.4 有限元建模

2.5 基于柔度法的纤维梁柱单元

2.6 材料本构模型

2.7 材料参数的确定

2.8 本章小结

第三章 摇摆单跨RC框架结构抗震性能分析

3.1 引言

3.2 动力时程分析理论概述

3.3 地震动强度对摇摆单跨RC框架结构抗震性能的影响

3.4 高宽比对摇摆单跨RC框架结构抗震性能的影响

3.5 金属阻尼器屈服强度对摇摆单跨RC框架结构的影响

3.6 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢