外包U型钢混凝土组合梁与方钢管混凝土柱组合框架的动力稳定性分析

摘要

外包U型钢与混凝土组合梁是一种新型的钢与混凝土组合梁，由外包U型钢混凝土组合梁和钢管混凝土柱组成的框架结构是一种典型的结构形式，但是目前对这种组合框架的研究还偏少，尤其是对组合框架的动力稳定性的研究还未见诸报道。
　　 本文采用有限元理论对组合框架的动力稳定性进行分析，其有限元分析的关键问题是有限元模型的建立。若假定梁柱节点为理想铰接或者完全刚接，会使得计算和设计过程大为简化，但在实际结构中，节点的刚度往往处于完全刚接和理想铰接之间的半刚接状态。由于对本文研究的新型组合框架梁柱节点的相关研究还不太充分，所以本文通过有限元仿真模拟，有针对性的求解这种节点形式的弯矩与转角关系，用以建立准确的组合框架模型。
　　 对组合框架进行模态分析得到其频率和振型。总结出组合框架的自振规律，并求解组合框架的阻尼系数，为组合框架的动力时程分析提供必要的数据。通过对组合框架进行动力时程分析，探讨不同节点刚度、不同层数和跨数以及不同地震波类型对其动力响应的影响。
　　 由于目前对结构动力稳定性的研究主要集中在空间钢结构领域，对框架结构动力稳定性的研究相对较少。本文基于现有有关判断空间钢结构动力稳定性的研究成果，对组合框架进行地震作用下的瞬态动力学分析，通过对组合框架稳定与不稳定的动力响应进行对比发现，结构的位移、能量时程曲线，相平面曲线具有相似的变化规律。因此，本文通过逐步调整地震波加速度峰值进行试算，追踪结构动力响应曲线的变化，通过三种曲线之间的相互印证，找出导致组合框架动力失稳的临界加速度值。对组合框架的动力稳定性进行参数分析，主要考虑阻尼比、组合框架层数以及不同地震波类型等对组合框架动力稳定性的影响，从而得出相关结论。
　　 最后，对全文进行总结，提出对该种组合框架结构的研究展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 组合结构的国内外研究现状

1．2．1 外包U型钢混凝土组合梁的研究现状

1．2．2 钢管混凝土柱的研究现状

1．2．3 外包U型钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱梁柱节点的研究现状

1．2．4 组合框架的研究现状

1．3 结构动力稳定性的研究现状

1．3．1 动力稳定理论的发展

1．3．2 动力稳定判定准则的发展

1．3．3 国内外关于框架动力稳定问题的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 组合框架有限元模型的建立

2．1 概述

2．2 有限元建模基本假定

2．3 单元类型的选择

2．3．1 钢板

2．3．2 混凝土

2．3．3 钢筋

2．3．4 Beam189单元

2．3．5 Combin39单元

2．4 材料的本构关系和破坏准则

2．4．1 混凝土材料的本构关系

2．4．2 混凝土材料的破坏准则

2．4．3 钢材的本构关系

2．5 有限元分析方法

2．6 组合框架节点弯矩-转角关系曲线

2．6．1 不同节点构造的影响

2．6．2 钢板厚度的影响

2．6．3 材料强度的影响

2．6．4 梁高的影响

2．7 组合框架模型的建立

2．8 组合框架有限元模型的验证

2．8．1 外包U型钢混凝土组合梁的有限元验证

2．8．2 钢管混凝土柱的有限元验证

2．8．3 Combin39单元连接的有限元验证

2．9 本章小结

第三章 地震波作用下组合框架的动力时程分析

3．1 引言

3．2 组合框架的模态分析

3．2．1 模态分析理论

3．2．2 组合框架的振型与频率

3．3 组合框架的时程分析

3．3．1 ANSYS时程分析简介

3．3．2 地震波选取

3．4 组合框架时程分析结果

3．4．1 节点刚度对组合框架的影响

3．4．2 层数对组合框架的影响

3．4．3 不同跨数对组合框架的影响

3．4．4 不同地震波对组合框架的影响

3．5 本章小结

第四章 地震波作用下组合框架的动力稳定性分析

4．1 引言

4．2 组合框架动力稳定性的判定

4．2．1 基于位移时程曲线的框架动力稳定性判定

4．2．2 基于相平面曲线的框架动力稳定性判定

4．2．3 基于能量时程曲线的框架动力稳定性判定

4．3 组合框架动力失稳的临界加速度求解

4．3．1 不同阻尼比组合框架的动力失稳临界加速度

4．3．2 不同地震波作用和不同层数的组合框架动力失稳临界加速度

4．4 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 本文结论

5．2 进一步研究的展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况