高层偏心结构平扭耦联地震反应分析

摘要

随着经济社会的蓬勃发展和科学技术的日新月异，人们对于建筑的美观越来越重视。艺术的融入和空间的分配造就了大量的偏心结构，对于严重偏心的结构，在地震作用下会产生平扭耦联效应。目前，平扭耦联研究日渐完善，对于偏心结构平扭耦联的参数分析较多，但主要评价指标为偏心率和扭平频率比，尚未提出长宽比对于结构平扭耦联效应的影响，尽管长宽比与扭平频率比有一定的关系，但关系尚不明确。为此，本文选取了两个长宽比不同但偏心率和扭平频率比相同的双向均匀偏心框架结构，通过动力时程分析，研究了长宽比等因素对结构扭转效应、平扭耦联效应、空间效应和柱底弯矩的影响；并进一步研究了考虑土与结构的相互作用后，结构的扭转效应、平扭耦联效应、空间效应和柱底弯矩的变化情况。主要工作及成果如下： （1）在深入研究两自由度简化模型运动方程的基础上，对单层简化偏心结构偏心率B和扭平频率比Ω进行了分析，发现虽然结构长宽比与扭平频率比有一定的关系，但关系尚不明确。为此，对于高层偏心结构，定义了层间转角、节点扭平位移比和空间效应系数来衡量结构的扭转效应、平扭耦联效应和空间效应。 （2）选取两个偏心率和扭平频率比相同而长宽比不同的十层均匀双向偏心框架结构，利用ansys建立有限元模型并进行地震时程分析。得到层间转角、节点扭平位移比、空间效应系数和柱底弯矩的变化规律：①随着楼层上升，结构的扭转效应先增后减，且大致在结构总高的1/5处达到最大值；平扭耦联效应减弱；空间效应小幅度增大。②随着结构进入塑性阶段，并伴随着塑性的发展，结构抗扭刚度退化，结构的扭转效应增幅会越来越大；平扭耦联效应会减弱；空间效应变化相对较小。③随着长宽比增大，结构的扭转效应和平扭耦联效应增强，但空间效应减弱。④同一楼层内，距离刚心越远的抗侧构件，其扭平位移比越大，平扭耦联效应越强。⑤随着楼层上升，柱底弯矩逐渐减小，且减小速度越来越快；回转半径越大的构件受扭转效应影响越大。 （3）分析对比了土与结构的相互作用体系在小震作用下，层间转角、节点扭平位移比、空间效应系数和柱底弯矩的变化规律。得知考虑地基土的影响后，结构的扭转效应、平扭耦联效应、空间效应和柱底弯矩均不同程度减弱，因此考虑地基土的效应将有利于结构抗扭。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 偏心结构平扭耦联研究

1.2.1 简单偏心结构的参数研究

1.2.2 偏心结构弹塑性地震反应分析

1.2.3 土-偏心结构相互作用的平扭耦联研究

1.3 本文研究的主要内容

第2章 高层偏心结构扭转效应影响参数的确定

2.1 单层单向偏心结构的扭转效应参数

2.1.1 概述

2.1.2 刚性地基上的单层单向偏心结构模型与运动方程

2.2 高层偏心结构扭转效应的控制参数

2.2.1 结构偏心形式

2.2.2 偏心率和扭平频率比

2.2.3 结构长宽比

2.3 高层偏心结构扭转效应的目标参数

2.3.1 层间转角

2.3.2 扭平位移比

2.3.3 空间效应系数

2.4 本章小结

第3章 典型工程及参数确定

3.1 引言

3.2 工程算例及参数确定

3.2.1 结构概况

3.2.2 A结构概况及参数求解

3.2.3 B结构设计及参数求解

3.3 有限元模型的建立

3.3.1 基本假定

3.3.2 本构关系

3.3.3 单元类型选取

3.3.4 网格划分

3.3.5 有限元模型及参数

3.4 偏心结构动力特性分析

3.4.1 概述

3.4.2 A结构动力特性分析

3.4.3 B结构动力特性分析

3.5 结构的阻尼问题

3.6 本章小结

第4章 高层偏心结构平扭耦联分析

4.1 动力时程分析

4.1.1 地震波的选用

4.1.2 不同工况

4.2 层间转角分析

4.2.1 楼层的影响

4.2.2 地震强度的影响

4.2.3 长宽比的影响

4.2.4 工程建议

4.3 扭平位移比分析

4.3.1 构件平面位置的影响

4.3.2 楼层的影响

4.3.3 地震强度的影响

4.3.4 长宽比的影响

4.3.5 工程建议

4.4 空间效应系数分析

4.4.1 楼层的影响

4.4.2 地震强度的影响

4.4.3 长宽比的影响

4.4.4 工程意义

4.5 层间弯矩分析

4.5.1 柱弯矩

4.5.2 扭平弯矩比

4.6 本章小结

第5章 考虑土效应的高层偏心结构平扭耦联分析

5.1 基础和地基土模型

5.1.1 地基土的本构关系

5.1.2 地基土的网格划分

5.1.3 地基土的边界条件

5.1.4 模型概况

5.1.5 Ansys建模要点

5.2 土-结构相互作用动力时程分析

5.2.1 层间转角分析

5.2.2 扭平位移比分析

5.2.3 空间效应系数分析

5.2.4 层间弯矩分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 成果与结论

6.2 课题不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢