框架结构在底层柱受冲击荷载下的动力响应分析

论文摘要

钢筋混凝土框架结构是现代建筑普遍采用的结构形式之一,因为该结构具有良好的整体性、结构轻巧、施工方便等特点。框架结构特别适合于办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓及住宅类等建筑物。框架结构主要是由梁柱相互固结连成的整体,梁和柱是框架结构的主要承力构件,如果结构中的柱和梁发生某种程度的破坏,都会严重影响结构的安全性和正常使用功能。随着社会的发展,人们越来越关注对空间的充分利用。因此,在大型商场或其他公共场所,停车场往往设计在结构之中,一般位于结构的底层,来往的车辆不可避免会对底层柱产生磕磕碰碰的撞击。而底层柱是承担结构上部荷载的重要构件,如果底柱发生破坏,后果可能是毁灭性的。本文假设某根底层柱受到突然的冲击作用,主要研究结构的非线性动力响应问题。本课题将冲击荷载分为不同峰值和不同冲击持续时间两个方面,每个方面采用三种冲击荷载模式。运用有限元软件SAP2000对每一个荷载模式进行了结构模拟分析,比较不同冲击峰值和不同冲击持续时间下的结构响应,总结出框架结构冲击动力响应的一般规律。通过计算各种冲击荷载作用前后结构顶部位移的变化情况,间接反映出结构在冲击前后刚度的退化趋势。研究表明,结构的冲击响应具有弱传递性和破环的局部性,结构的变形主要表现在冲击柱以上框架结构的竖向变形,往往还伴随着构件的坍塌。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 冲击理论概述及研究方法
• 1.2.1 冲击概念
• 1.2.2 冲击荷载的类型
• 1.2.3 冲击动力响应的研究方法
• 1.3 冲击动力分析的研究现状
• 1.4 本文主要研究工作和内容
• 第二章 冲击荷载下的响应
• 2.1 基本方程
• 2.2 单自由度冲击荷载响应
• 2.2.1 单位脉冲激振
• 2.2.2 正弦波脉冲
• 2.2.3 矩形脉冲
• 2.2.4 三角形脉冲
• 2.3 多自由度体系的冲击响应问题
• 2.3.1 刚度与质量比例阻尼
• 2.3.2 受迫振动阶段
• 2.3.3 自由振动阶段
• 第三章 结构非线性动力分析与数值计算方法
• 3.1 结构动力分析简介
• 3.1.1 结构动力分析的任务和目的
• 3.1.2 结构动力分析的分类
• 3.2 动力分析中的非线性
• 3.2.1 物理非线性问题
• 3.2.2 动力几何非线性问题
• 3.3 数值计算方法
• 第四章 SAP2000软件介绍和冲击响应的实现
• 4.1 SAP2000软件概述
• 4.2 SAP2000单元介绍
• 4.3 三维框架的有限元分析
• 4.3.1 单元几何方程
• 4.3.2 单元物理方程
• 4.3.3 空间框架单元刚度矩阵
• 4.3.4 空间框架单元质量矩阵
• 4.3.5 坐标变换
• 4.4 框架塑性铰曲线的定义
• 4.5 冲击动力响应在SAP2000中的实现
• 4.5.1 冲击荷载模式及冲击形式的选择
• 4.5.2 时程工况的定义和积分方式的选择
• 第五章 框架结构底层柱在冲击荷载下的响应分析
• 5.1 空间结构在冲击荷载下的响应分析
• 5.2 线弹性冲击作用引起的结构响应
• 5.3 非线性范围内冲击峰值改变对结构的影响
• 5.4 非线性范围内不同冲击持续时间对结构的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文