论文题目: 方钢管混凝土框架抗震性能的试验与理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 王来
导师: 王铁成,陈敖宜
关键词: 方钢管混凝土结构,框架,滞回性能,延性,抗震性能,拟静力试验,非线性有限元分析
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在钢管混凝土结构的研究中,圆钢管混凝土的研究起步较早,已经取得了大量的研究成果,理论研究和工程应用日趋完善。而对方钢管混凝土结构的研究工作开展较晚,大都集中在基本构件的力学行为,而对方钢管混凝土框架结构整体工作性能的研究开展较少。本文通过拟静力试验,进行了方钢管混凝土柱子和方钢管混凝土框架的抗震性能的试验研究,在此基础上对方钢管混凝土的框架模型进行了非线性有限元分析,为方钢管混凝土结构抗震设计计算理论的建立奠定了基础。1、方钢管混凝土柱子抗震性能的试验研究。按照不同的含钢率、长细比和轴压比,设计进行了9根方钢管混凝土框架柱的低周反复加载试验。研究方钢管混凝土框架柱在水平地震作用下的承载能力、滞回性能、延性与变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制。研究表明,方钢管混凝土柱荷载-位移滞回曲线的图形具有较好的稳定性,曲线图形比较饱满,延性好,变形能力强,具有良好的耗能能力,表现出良好的抗震性能。2、方钢管混凝土框架的抗震性能的试验研究。基于一榀三层两跨方钢管混凝土框架拟静力试验,分析了低周反复水平荷载下框架的承载能力、滞回性能、延性与变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制,并根据顶层滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型。试验表明,框架荷载-位移滞回曲线是稳定的“梭形”,图形饱满,延性和变形能力较强,耗能能力好,承载能力高,满足一般延性框架的抗震性能要求。3、钢管混凝土框架的抗震性能的非线性有限元分析。在试验基础上进行了理论研究,用非线性有限元方法分析框架,编写了六面体八节点等参元形函数、单元刚度矩阵等部分程序,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中。最后采用ANSYS对框架进行了有限元分析,从理论上得到了分析的滞回曲线,并与试验曲线进行了对比。结果证明,结合本文理论研究成果进行的非线性有限元分析取得了理想的效果。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 方钢管混凝土结构抗震性能的研究现状
1.2.1 方钢管混凝土柱抗震性能的研究
1.2.2 钢管混凝土梁柱节点抗震性能的研究
1.2.3 钢管混凝土框架结构抗震性能的研究
1.2.4 钢管混凝土结构抗震性能的有限元分析
1.3 本文的主要研究工作
1.4 本文的创新点
第二章 方钢管混凝土柱抗震性能的试验研究
2.1 试件设计
2.1.1 试件制作
2.1.2 材料性能
2.1.3 试件控制参数的确定
2.2 试验数据量测
2.2.1 应变测量
2.2.2 柱顶P-Δ曲线的绘制
2.3 试验加载
2.3.1 试验加载装置及安装
2.3.2 加载制度
2.4 试验过程及结果
2.4.1 试件RT-4M
2.4.2 试件RT-6H
2.4.3 试件RT-10L
2.4.4 试件RM-4H
2.4.5 试件RM-6L
2.4.6 试件RM-10M
2.4.7 试件RS-4L
2.4.8 试件RS-6M
2.4.9 试件RS-10H
2.5 试验结果分析
2.5.1 破坏形态
2.5.2 滞回曲线分析
2.5.3 骨架曲线
2.5.4 刚度退化
2.5.5 延性及变形能力
2.6 本章小结
第三章 方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究
3.1 框架模型试验设计
3.1.1 试验方法选择
3.1.2 框架模型设计
3.1.3 试验装置与加载制度
3.1.4 试验测试仪器和测试内容
3.2 试验现象概述
3.3 试验结果及其分析
3.3.1 框架滞回曲线
3.3.2 框架骨架曲线
3.3.3 框架的恢复力模型
3.3.4 框架的延性及变形能力
3.3.5 框架抗震耗能分析
3.3.6 框架的强度退化
3.3.7 框架的刚度退化
3.3.8 框架破坏机制
3.3.9 框架节点
3.3.10 框架N-Δ效应的影响
3.3.11 节点焊缝问题
3.4 本章小结
第四章 低周反复荷载下方钢管混凝土框架非线性有限元分析
4.1 非线性有限元分析概述
4.1.1 单元类型选择
4.1.2 六面体八节点等参元单元特性及几何矩阵分析
4.1.3 单刚矩阵和总刚矩阵及方程
4.1.4 结构负刚度的处理
4.1.5 收敛标准
4.2 钢材与混凝土弹塑性本构模型
4.2.1 混凝土一维弹性模量退化方程
4.2.2 反复荷载作用下混凝土的一维本构关系
4.2.3 反复荷载作用下混凝土的三维本构关系
4.2.4 反复荷载作用下钢材小位移小应变本构关系
4.2.5 反复荷载作用下钢材大位移小应变本构关系
4.3 利用ANSYS 对方钢管混凝土框架进行有限元非线性分析
4.3.1 单元类型选择
4.3.2 材料特性输入
4.3.3 混凝土退化弹性模量实现
4.3.4 约束条件和循环荷载
4.3.5 框架有限元模型
4.3.6 求解器选择
4.3.7 收敛准则
4.3.8 框架计算机模拟滞回曲线与分析
4.4 本章小结
第五章 全文结论
5.1 全文结论
5.1.1 方钢管混凝土柱抗震性能的试验研究
5.1.2 方钢管混凝土框架模型抗震性能的试验研究
5.1.3 方钢管混凝土框架的非线性有限元分析及其计算机模拟
5.2 研究展望
参考文献
发表论文情况
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
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