高层建筑短肢剪力墙结构弹塑性模型及地震反应分析

摘要

短肢剪力墙结构是一种新型建筑结构形式,兼有框架结构和剪力墙结构的优点,其建筑功能、结构受力和工程造价均较合理,近年来在中国得到了广泛地应用和发展.但是,目前对于这种结构形式的理论分析和试验研究还比较少,尤其在弹塑性地震反应分析方面则更少.该文在这方面进行了研究.根据短肢剪力墙结构的受力和变形特点,该文建立了异形截面墙元多垂直杆弹塑性分析模型,该模型摒弃了原有理论的平截面假定,考虑了剪力滞后效应的影响,引入了新的截面位移模式和节点自由度.该文提出的模型比较准确地模拟了墙体的客观状态,提高了模型的可靠性和计算精度.利用虚功原理和变分原理分别推导了T形、L形和一字形截面的短肢剪力墙空间单元刚度矩阵.推导了从局部坐标到总体坐标的变换矩阵,以及由于结点偏移引起的坐标变换矩阵,为短肢剪力墙结构整体分析提供了条件.分析确定了短肢剪力墙弹塑性动力分析模型中拉压杆的轴向恢复力模型和剪切恢复力模型,以及连梁的恢复力模型,对于剪切恢复力模型考虑了正应力大小对剪切刚度的影响,从而使模型的变形及刚度取值更符合实际情况,连梁的恢复力模型采用考虑刚度退化的三折线型,可以较准确地模拟连梁的工作状况.该文对动力方程中恢复力向量的确定进行了分析说明.采用MATLAB语言研制了高层建筑短肢剪力墙结构弹塑性地震反应分析程序DZTSD,该程序的计算结果可以反映短肢剪力墙结构中各根连梁以及墙肢在地震作用过程中的开裂、屈服以及塑性铰产生,同时能显示发生的时间,该程序还可以绘制出各层位移曲线、速度曲线和加速度曲线,并能够求出最大层间位移及最大层剪力.应用程序DZTSD进行了算例分析,分别输入了四种不同的地震波,进行了常遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性分析.分析结果表明,短肢剪力墙结构抗震性能较好,适合于在7度区推广使用.

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1高层建筑结构体系简介

1.2短肢剪力墙结构体系的发展状况及其构成与特点

1.3短肢剪力墙结构体系的研究现状及存在问题

1.4钢筋混凝土结构非线性地震反应分析现状

1.4.1恢复力模型

1.4.2钢筋混凝土构件的非线性分析模型

1.4.3整体结构动力分析模型

1.4.4数值分析方法

1.5本文研究的目的和内容

第2章短肢剪力墙非线性计算模型的建立及力学分析

2.1分析模型

2.1.1模型简介

2.1.2墙体转动中心高度的取值

2.2空间短肢剪力墙的节点位移自由度及截面位移模型

2.3 T形短肢剪力墙空间单元刚度矩阵的推导

2.3.1剪翘位移函数

2.3.2空间单元刚度矩阵的推导

2.4 L形短肢剪力墙空间单元刚度矩阵的推导

2.4.1 L形短肢剪力墙的截面位移模型

2.4.2 L形短肢剪力墙空间单元刚度矩阵的推导

2.5一形短肢剪力墙空间单元刚度矩阵

2.6连梁的弹塑性单元刚度矩阵

2.7坐标变换

2.7.1局部坐标到总体坐标的变换

2.7.2结点偏移引起的坐标变换

2.8重力二阶效应

第3章短肢剪力墙结构弹塑性地震反应分析

3.1时程分析法概述

3.2输入地震波的选择

3.3结构的振动模型

3.4质量矩阵和阻尼矩阵

3.4.1质量矩阵

3.4.2阻尼矩阵

3.5构件的恢复力模型

3.5.1短肢剪力墙垂直杆的轴向恢复力模型

3.5.2短肢剪力墙垂直杆的剪切非线性模拟

3.5.3连梁的恢复力模型

3.5.4恢复力向量的确定

3.6结构振动方程的建立

3.7非线性问题的数值解法

3.8程序设计

3.8.1程序简介

3.8.2程序设计方法及框图

第4章算例分析

4.1算例说明

4.2计算结果分析结论

第5章结论

5.1本文的主要研究成果

5.2有待进一步研究的问题

致 谢

参考文献