钢筋混凝土框剪结构在采动影响条件下的抗震性能分析研究

摘要

我国建筑物下压煤十分严重，地下煤炭开采将引起地表的移动与变形，导致上方的建筑物产生一定的变形和损伤，若这种具有初始变形和初始损伤的建筑物处在地震作用下，其失稳破坏机理将更加复杂，因此研究该类建筑物灾变机理，研制保护机制，对解放建筑物下压煤和矿区建筑物保护具有重要的现实意义。为此，本文依托国家自然科学基金项目(名称：地震区煤矿采动建筑物双重保护的基础理论研究，编号：50804026)，针对煤矿区地下开采过程中对地表建筑物的损害及其受强地震作用再一次损害的工程实际，研究揭示地表变形引起建筑物损伤规律及其在强地震作用下的灾变破坏机理及其倒塌机制，考虑材料软化、强度退化等非线性因素的影响，利用有限元软件ANSYS，建立了高层钢筋混凝土框剪结构弹塑性有限元结构模型，并进行了结构在采动影响作用下分析以及结构在采动-地震耦合作用下分析，主要内容如下：
　　 (1)介绍了本课题的研究背景及意义，综述了当前采动、地震对地表建筑物影响的研究现状，提出矿区建筑物应建立抗变形.抗地震双重保护机制；
　　 (2)详细讨论了采动对地表建筑物的影响机理，重点介绍了在采动影响条件下建筑物结构的损伤特点；
　　 (3)分别以结构、构件单元、材料三个层次，深入探讨了钢筋混凝土结构弹塑性分析模型，并对比分析了不同模型及分析方法的优劣。利用本文中提出的钢筋混凝土等效材料本构关系，定义了结构模型中梁、柱、剪力墙各结构构件的非线性特性，实现了结构弹塑性有限元模型的建立；
　　 (4)介绍了结构损伤的基本概念，综述了当前对于各种不同层次(材料层次、构件层次、结构层次)的损伤模型的研究现状，并对钢筋混凝土结构整体损伤模型进行了详细的介绍，通过分析对比选取了适合于本文的损伤模型；
　　 (5)利用有限元软件ANSYS实现了高层钢筋混凝土框剪结构弹塑性有限元模型的建立，创建了合理的边界以及选取了合适的荷载施加方法，成功的模拟了结构在在采动影响作用下以及在采动-地震耦合作用下的状态；
　　 (6)运用ANSYS对高层钢筋混凝土框剪结构在采动影响条件下进行分析，获得了采动过程中随着地表变形程度的加剧结构构件内力的分布及变化规律；
　　 (7)在ANSYS中选择了合理的方法，成功的将采动影响与地震作用这一“静”一“动”两种作用耦合。实现了结构处于采动不同影响阶段下的动力时程分析，得到了钢筋混凝土框剪结构在采动及地震双重作用下位移、时程曲线的发展变化规律；
　　 (8)对钢筋混凝土框剪结构在采动、地震作用下的进行了结构整体损伤演化分析，得到了在采动及地震动静力双重耦合作用下钢筋混凝土框剪结构的损伤演化、变化的规律以及结构初始损伤的临界值。