复杂双塔连体高层结构地震反应分析

论文摘要

法门寺合十舍利塔采用钢与混凝土组合结构,高147米,外型呈“双手合十”造型,为复杂双塔连体高层结构。首先,本文以该复杂结构为研究对象,对结构选型进行了说明,并对结构作出初步分析。为分析结构“双手合十”造型的优劣性,本文把该结构与两造型规则的结构做比较,分析三个结构在侧向力和竖向力作用下的不同反应,得出合十舍利塔在侧向力和竖向力作用下比常规结构较为不利,特别是在竖向力作用下,合十舍利塔结构位移变化明显,说明在对该结构进行地震反应分析时,应考虑地震竖向加速度对结构的影响。第二,应用大型通用有限元软件ANSYS,建立与实际情况相符的结构模型。对该结构进行模态分析,得出结构的基本周期和频率,对结构的扭转刚度进行探讨,分析结构的振动形态,找出结构刚度较弱的方向,并以该刚度较弱方向做为地震时程分析时的主要控制方向。第三,对结构进行弹性时程分析。针对合十舍利塔结构的复杂性,本文分别考虑不同阻尼比、不同地震波输入维数以及不同地震波类型对结构地震反应的影响,得出分别输入不同维数的地震波时,结构的竖向位移值相差较大,且三维输入地震波时,结构的竖向位移值最大。因此,对结构进行地震时程分析时,尤其是复杂结构,宜考虑三维地震波输入。根据该结构的抗震性能分析结果,从整体上对结构的抗震性能做出评估,得出该结构的布置比较合理。最后根据有限元计算数据,对合十舍利塔结构平面、竖向和体型的规则性进行了判断。最后,对合十舍利塔主体结构进行了弹塑性时程分析,建立钢与混凝土材料的弹塑性本构关系模型,计算结构在地震作用下的层间位移、层间位移角,并与该结构振动台试验相比较,验证本文所建立本构关系的合理性。然后对结构在基本烈度和罕遇烈度地震作用下的抗震性能进行评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 高层结构发展概况
• 1.2 高层建筑结构分析方法概述
• 1.3 结构抗震理论的发展
• 1.3.1 发展阶段
• 1.3.2 基于性能的抗震理论的发展及研究现状
• 1.4 连体结构的特点
• 1.5 论文选题的提出与背景
• 1.5.1 高层建筑动力分析的必要性
• 1.5.2 本文的工程背景
• 1.5.3 本文的研究目的
• 1.5.4 本文的主要工作
• 2 合十舍利塔结构介绍与初步分析
• 2.1 合十舍利塔简介
• 2.1.1 场地概述
• 2.1.2 工程概况
• 2.2 合十舍利塔结构设计标准
• 2.3 主要结构材料
• 2.3.1 混凝土强度等级
• 2.3.2 钢材种类
• 2.4 主体结构
• 2.4.1 结构选型
• 2.4.2 混合结构筒体
• 2.5 合十舍利塔结构初步分析
• 2.5.1 水平力对不同模型的影响
• 2.5.2 竖向力对不同模型的影响
• 3 结构有限元建模与动力特性研究
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 ANSYS软件简介
• 3.1.2 单元类型的选择
• 3.1.3 材料本构关系模型的选择
• 3.1.4 建立的有限元模型
• 3.2 结构动力特性分析
• 3.2.1 结构动力特性分析理论
• 3.2.2 结构模态分析介绍
• 3.2.3 结构模态计算结果及分析
• 3.3 结论
• 4 地震弹性时程分析
• 4.1 弹性时程分析理论
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 动力方程
• 4.1.3 结构动力反应的求解方法
• 4.2 地震波的选择
• 4.2.1 输入地震波的选择与调整
• 4.2.2 本文地震波的选取
• 4.3 弹性时程分析
• 4.3.1 阻尼比的影响
• 4.3.2 地震波输入维数的影响
• 4.3.3 地震波波形不同的影响
• 4.4 结构控制指标分析
• 4.4.1 剪重比
• 4.4.2 轴压比
• 4.4.3 竖向构件抗侧刚度比
• 4.5 本工程结构规则性分析
• 4.5.1 高度超限判定
• 4.5.2 平面不规则判定
• 4.5.3 竖向不规则判定
• 4.5.4 体形规则性判定
• 4.5.5 小结
• 4.6 结构在多遇地震作用下典型应力云图
• 4.6.1 结构有限元分析结果
• 4.6.2 结构振动台实验结果
• 4.6.3 结论
• 4.7 本章小结
• 5 弹塑性时程分析
• 5.1 地震弹塑性分析的目的
• 5.2 钢材塑性性能
• 5.2.1 钢材本构关系
• 5.2.2 屈服准则
• 5.3 混凝土塑性性能
• 5.4 弹塑性时程分析结果
• 5.4.1 基本烈度作用
• 5.4.2 罕遇烈度作用
• 5.4.3 不同烈度作用下结构位移对比分析
• 5.5 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的主要研究成果
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一:研究生期间发表的论文
• 附录二:研究生期间参与的科研项目
• 附录三:研究生期间参与的社会实践
• 附录四:研究生期间所获得奖励