配置部分型钢混凝土柱的钢筋混凝土结构的非线性分析

论文摘要

本文主要研究配置型钢混凝土柱的高层结构的整体工作性能和型钢混凝土柱的局部应力应变情况，属钢筋混凝土课题。高层超高层建筑的底层柱轴力特别大，如果采用钢筋混凝土柱，会出现短柱和胖柱现象；采用钢结构，可以大大减小截面面积，但钢结构的耐腐蚀性能差，尤其是耐火性能成为它的致命弱点；而型钢混凝土既可以有效减小截面尺寸，又可以节省钢材，还没有腐蚀性和耐火性差这些问题。所以研究型钢混凝土结构的整体受力性能是一个主要任务。本文用PKPM系列软件分别计算了普通钢筋混凝土柱结构和配置型钢混凝土柱结构，对比分析了两种方案在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能和延性变形能力，在此基础上，用ANSYS软件分析了型钢混凝土柱的应力应变情况等。在用PKPM软件分析中，首先验算了两种方案在多遇地震和罕遇地震作用下层间位移均远远小于规范相应值。通过分析，多遇地震作用时，采用型钢混凝土柱的结构比采用钢筋混凝土的结构层间位移平均小1.1％，罕遇地震作用时，采用型钢混凝土柱的结构比采用钢筋混凝土的结构层间位移角平均小4.3％，可见采用型钢混凝土柱的结构抵抗罕遇地震作用的能力是相当强的；方案二的延性比比方案一的延性比大18.7％，可见，配置部分型钢混凝土柱的结构有较好的延性。从对比单根钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱的材料费用和综合经济效益的角度出发，分析了两种方案的经济性。结果表明：在综合经济效益方面，型钢混凝土柱比钢筋混凝土柱有优势。本文用ANSYS软件分析了型钢混凝土柱的受力机理。结果表明：型钢和钢筋混凝土在正常使用情况下共同工作性能良好；在型钢混凝土柱中，型钢的等效应力是混凝土等效应力的12.5倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 型钢混凝土结构的特点、特性及应用
• 1.3 型钢混凝土组合结构构造的基本原则
• 1.4 型钢混凝土构件的研究现状
• 1.4.1 国内对型钢混凝土结构的试验研究
• 1.4.2 国外对型钢混凝土的研究
• 1.5 本课题的提出
• 1.6 本文的工作
• 第二章 有限元分析理论基础及有关规范
• 2.1 有限单元法综述
• 2.2 弹塑性力学基本理论
• 2.2.1 弹性力学的基本方程和概念
• 2.2.2 塑性力学的基本概念
• 2.3 有限元弹塑性问题求解方法
• 2.4 有限元弹塑性问题求解的收敛标准
• 2.5 型钢混凝土结构力学模型的建立
• 2.6 有关规范的现状
• 第三章 型钢混凝土工程实例
• 3.1 PKPM系列程序简介
• 3.1.1 PKPM系列程序总体简介
• 3.1.2 本文应用的软件功能介绍
• 3.2 工程概况
• 3.3 采用两种方案计算对比分析
• 3.3.1 普通钢筋混凝土柱（第一方案）
• 3.3.2 型钢混凝土柱（第二方案）
• 3.3.3 两种方案在经受地震作用后的结果比较
• 3.3.4 两种结构的延性对比
• 3.4 技术经济性分析
• 3.4.1 施工工艺方面
• 3.4.2 经济效应方面
• 3.5 本章小结
• 第四章 有限元模型的建立
• 4.1 本工程的柱子情况
• 4.2 型钢混凝土非线形有限元模型的建立
• 4.2.1 关于钢筋混凝土的模型
• 4.2.2 型钢混凝土单元类形的选取
• 4.2.3 型钢混凝土本构模型的选取
• 4.2.4 型钢混凝土几何模型的建立
• 4.2.5 计算的收敛问题及处理方法
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 位移
• 4.3.2 应变
• 4.3.3 应力
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文