框支分区剪力墙结构抗震性能及空间精细分析和简化分析方法研究

摘要

该文采用理论分析和试验研究相结合的方法,研究了目前应用较多的综合性大厦--框支分区剪力墙高层商住楼的抗震性能及空间精细分析和简化分析方法,主要内容为以下几方面:对一拟建的复杂高层建筑结构,采用1/20比例的空间整体模型,进行了26种工况下的模拟地震振动台试验,观察了结构的破坏过程和地震反应,分析了结构及构件的抗震性能;建立了结构的精细空间模型,利用SAP2000N大型有限元分析程序对结构进行了弹性时程分析;通过有限元分析与试验结果的对比,对结构的抗震性能和抗震能力做出综合评价,认为该结构由于转换层上部去掉部分楼板,既可满足建筑设计的通风、采光等要求,又可达到协调结构转换层上、下楼层抗侧刚度的效果,是一种较理想的有多道抗震防线的结构型式.为进一步研究这种复杂高层建筑结构的弹塑性性能,该文在国内外现有研究的基础上,提出利用五弹簧杆元、三弹簧杆元及多竖线单元模型分别模拟空间柱、梁和剪力墙,推导了相应的刚度矩阵并给出了恢复力模型;结合试验研究和精细有限元分析的结论,提出线性和非线性单元相结合,刚性楼板假定和弹性楼板相结合的建模方法,较好地解决了空间结构弹塑性分析中占用计算机资源较多的问题;接力大型有限元分析程ANSYS,在上述建模思路的指导下建立了结构的空间非线性分析模型,进行了空间三维弹塑性时程分析.计算结果表明,该文采用的单元模型及建模方法是正确的,与试验和弹性精细分析的结果较接近.在上述研究的基础上,改变原型结构的有关参数,如连接构件的位置及刚度、转换层的位置、转换大梁的刚度、核芯筒的刚度、楼板开洞的大小等,分析了上述参数变化对结构的动力特性和抗震性能的影响,并对此类结构的设计提出了合理化建议.结合结构的实际应用,提出了空间并联超单元的简化计算思路,给出了框支剪力墙及核芯简体的简化处理方法.该方法实用性较强,不需进行大量的编程工作,仅需对现有结构计算程序进行少量修改;简化了结构建模和计算的进程和时间;与精细有限元分析结果相比具有相当的计算精度,可在实际工程中应用.

目录

文摘

英文文摘

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1.绪论

1.1引言

1.2高层建筑的发展趋势

1.3框支剪力墙结构及框支分区剪力墙结构

1.3.1框支剪力墙结构与框支分区剪力墙结构

1.3.2框支分区剪力墙结构体系的研究现状及课题立项的必要性

1.4本文的主要工作及创新点

参考文献

2.框支分区剪力墙结构的模拟地震振动台试验研究

2.1结构抗震试验方法

2.1.1结构抗震试验的目的

2.1.2抗震试验方法分类

2.2动力模型设计原则

2.2.1相似原理

2.2.2动力模型的相似条件

2.3有关参数的确定

2.3.1模型材料的选取

2.3.2高层建筑钢筋混凝土结构模型相似系数设计

2.3.3输入地震波的确定

2.4框支分区剪力墙结构模型振动台试验研究

2.4.1广州中海名都高层商住楼结构模型的设计与制作

2.4.2广州中海名都综合大厦模型模拟地震振动台试验及分析

2.5小结

参考文献

3.框支分区剪力墙结构弹性时程分析

3.1高层建筑结构的分析方法简介

3.1.1高层建筑结构的分析方法

3.1.2高层建筑结构的动力分析模型

3.1.3高层建筑结构抗震分析方法

3.2计算分析程序及计算单元简介

3.2.1计算程序简介

3.2.2计算单元

3.3空间精细分析计算模型的建立

3.3.1建模原则

3.3.2计算单元的细化

3.4弹性时程分析

3.4.1结构固有振动分析

3.4.2结构弹性动力时程分析

3.5结论

参考文献

4.钢筋混凝土框支分区剪力墙结构三维空间非线性动力时程分析

4.1概述

4.2钢筋混凝土构件的非线性单元模型

4.2.1钢筋混凝土构件的非线性单元模型

4.2.2剪力墙非线性分析模型

4.3恢复力模型

4.4本文拟采用的非线性分析单元模型

4.4.1多弹簧杆元的单元刚度矩阵及恢复力模型

4.4.2剪力墙单元及其刚度矩阵和恢复力曲线

4.5框支分区剪力墙结构的非线性分析

4.5.1空间非线性计算模型的建立

4.5.2空间非线性时程分析

4.6小结

参考文献

5.框支分区剪力墙结构性能研究

5.1框支分区剪力墙结构动力特性研究

5.1.1楼板开洞率对结构动力特性的影响

5.1.2连梁刚度对结构动力特性的影响

5.1.3连梁位置对结构动力特性的影响

5.1.4转换层位置对结构动力特性的影响

5.1.5核芯简体刚度对结构动力特性的影响

5.2不同位置转换层结构的弹性动力时程分析结果比较

5.3转换层位置和刚度变化时结构弹性时程分析结果比较

5.4小结

参考文献

6.框支分区剪力墙结构的简化计算

6.1简化计算模型的建立

6.2子结构的二重分解与简化

6.2.1框支剪力墙简化计算

6.2.2剪力墙简化计算

6.3结构体系的整合

6.3.1分区悬臂柱刚度矩阵计算

6.3.2连梁的刚度矩阵

6.3.3形成整体结构刚度矩阵

6.3.4结构的质量矩阵

6.3.5结构的阻尼矩阵

6.4数值计算

6.4.1结构的动力方程

6.4.2数值积分方法

6.4.3结构内力

6.4.4弹塑性反应分析

6.4.5计算步骤

6.5计算实例

6.5.1计算结果对比

6.6小结

参考文献

7.结语

致射

攻读学位期间的科研成果

附录