单边双拉索柔性连接连体结构抗塌落性能分析

摘要

刚性连接连体结构在地震作用下容易产生较强的扭转耦联响应，柔性连接连体结构可以较好的克服这一问题，但柔性连接连体结构在减小扭转耦联的同时也带来些新问题：如罕遇地震作用下柔性连接支座的位移过大以及由此产生结构P效应，连接体和塔楼发生碰撞及连廊塌落。本文主要模拟强震作用下，两侧塔楼和连廊采用四个隔震支座进行连接的连体结构，在不同支座失效工况下，相应抗塌落拉索参与工作后的弹塑性响应性能，主要研究内容如下：
　　1、由于连体结构自由度较大，在进行动力弹塑性时程分析时，同时考虑材料的弹塑性和结构的几何非线性，计算耗时大、分析结果的收敛性差。考虑到柔性连体结构的几何非线性主要由连廊引起，故对塔楼采用等效模型进行等效，模型等效原则为前三阶振型相同及地震激励下顶层节点弹塑性位移基本相近。在考虑与不考虑几何非线性两种工况下，对单塔双支座、双塔同侧支座和对角线双支座失效，对应的抗塌落拉索参与工作后的等效连体模型进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，结果表明：在多条地震波作用下，几何非线性对单塔双支座模型支座和拉索轴力的影响为7.5％左右，对双塔同侧支座模型的影响在6%左右，在对角线模型中则达到了20%左右；结构的几何非线性对三种模型的隔震支座水平位移值影响幅度均在10%以内。
　　2、对原模型进行动力弹塑性时程分析，分析时不考虑几何非线性，通过支座处输入附加弯矩的方式来考虑连廊对塔楼的P—Δ效应以及放大输入荷载（1.2倍）的方式来考虑柔性拉索的几何非线性影响。
　　3、连体结构中，塔楼连梁、框架梁和剪力墙的破坏形式与单塔楼类似，各构件塑性铰出现顺序为连梁、框架梁和剪力墙底部加强区。但框架柱塑性铰的产生有较大区别，普通塔楼框架柱一般不出现塑性铰，但与连廊相连的上部塔楼框架柱出现了明显的塑性破坏。这主要是因为连廊的自重是在两侧塔楼施工完成后，一次性加载上去的，当连廊与塔楼中部相连时，由于连接支座上方的框架柱轴压比较小，连廊一次性加载使得其轴力更小，由P-M关系曲线可知：在轴压比较小时，框架柱的抗弯承载力随着轴力的减小而降低，故在罕遇地震作用下，更容易出现塑性铰，顶部几层甚至出现拉弯塑性铰破坏；当连接支座作用于剪力墙端柱时，端柱不易出现塑性铰，对结构受力更为有利。建议支撑连廊的混凝土柱采用剪力墙端柱，不采用纯框架柱。无论单塔双支座还是双塔同侧支座失效，抗塌落拉索参与工作后，余下未破坏支座的最大位移在0.65m左右，整个连体结构的塑性破坏处于生命安全范围内。
　　4、SAP2000对剪力墙分析比较粗糙，不能计算构件的应变等级。MIDAS剪力墙采用的纤维单元可以克服这一缺点。采用两软件对同一单塔模型进行7度罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，分析结果表明：MIDAS中框架梁柱最大位移和屈服位移比值的2、4、6与SAP2000中的直接使用（IO）、生命安全（LS）、防止倒塌（CP）阶段基本相当。剪力墙的屈服主要集中于底部加强区。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 连体结构在国内外的研究和发展

1.3 抗塌落拉索的发展现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 弹塑性动力时程分析在有限元软件中的实现

2.1 引言

2.2 SAP2000中各种计算单元的模拟

2.3 MIDAS/building中计算单元的模拟

2.4 动力弹塑性时程分析在有限元分析中实现的原理

2.5 两个有限元分析软件的对比

2.6 本章小结

第3章 几何非线性问题的处理

3.1 整体模型的建立

3.2 地震波的选取

3.3 几何非线性分析模型的建立

3.4 结构几何非线性对连体结构的影响

3.5 本章小结

第4章 单塔双支座失效时连体结构的弹塑性时程分析

4.1 模型概述

4.2 碰撞临界间隙的取值

4.3 单塔双拉索结构模态分析

4.4 单塔双拉索模型的弹塑性地震响应分析

4.6 本章小结

第5章 双塔同侧支座失效时连体结构的弹塑性时程分析

5.1 模型概述

5.2 双塔同侧拉索结构的模态分析

5.3 双塔同侧拉索结构的弹塑性地震响应分析

5.4 本章小结

第6章 单塔模型弹塑性分析结果对比

6.1 模型建立

6.2自振特性分析和顶层节点位移对比

6.3塑性铰性能发展水平对比

6.4 剪力墙应力应变等级对比

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献