采动影响下钢筋混凝土框架结构的弹塑性动力分析和损伤评估

论文摘要

我国建筑物下压煤十分严重，地下煤炭开采将引起地表的移动与变形，导致上方的建筑物产生一定的变形和损伤，若这种具有初始变形和初始损伤的建筑物处在地震作用下，其失稳破坏机理将更加复杂，因此研究该类建筑物灾变机理和保护机制，对解放建筑物下压煤和矿区建筑物保护具有重要的现实意义。为此，本文依托国家自然科学基金项目（名称：地震区煤矿采动建筑物双重保护的基础理论研究，编号：50804026），针对煤矿区地下开采过程中对地表建筑物的损害及其受强地震作用再一次损害的工程实际，研究地表变形引起的地表建筑物损伤规律及其在强地震作用下的灾变破坏机理和倒塌机制，考虑材料软化、强度退化等非线性因素的影响，利用有限元软件ANSYS建立高层钢筋混凝土框架结构弹塑性有限元模型，并进行结构在采动影响作用下的分析以及结构在采动–地震耦合作用下的分析，主要内容如下：⑴介绍了本课题的研究背景及意义，综述了当前采动、地震对地表建筑物影响的研究现状，提出矿区建筑物应建立抗变形-抗地震双重保护机制；⑵详细讨论了采动对地表建筑物的影响机理，重点介绍了在采动影响条件下建筑物结构的损伤特点；⑶分结构、构件单元、材料三个层次，深入探讨了钢筋混凝土结构弹塑性分析模型，并对比分析了不同模型及分析方法的优劣。利用ANSYS中的双线性随动强化模型，定义了结构模型中梁、柱构件的非线性特性，实现了结构弹塑性有限元模型的建立；⑷介绍了结构损伤的基本概念，综述了当前对于各种不同层次（材料层次、构件层次、结构层次）的损伤模型的研究现状，并对钢筋混凝土结构双参数地震损伤模型进行了详细的介绍，通过分析对比选取了适合于本文的双参数损伤模型；⑸利用有限元软件ANSYS实现了高层钢筋混凝土框架结构弹塑性有限元模型的建立，创建了合理的边界以及选取了合适的荷载施加方法，成功的模拟了结构在在采动影响作用下以及在采动–地震耦合作用下的状态；⑹运用ANSYS对高层钢筋混凝土框架结构在采动影响条件下进行分析，获得了采动过程中随着地表倾斜程度的加剧结构构件内力的分布及变化规律；⑺在ANSYS中选择了合理的方法，成功的将采动影响与地震作用这一“静”一“动”两种作用耦合。实现了结构处于采动不同影响阶段下的动力时程分析，得到了钢筋混凝土框架结构在采动及地震双重作用下位移、时程曲线的发展变化规律；⑻对钢筋混凝土框架结构在采动、地震作用下进行了双参数地震损伤评估，得到了在采动及地震双重耦合作用下钢筋混凝土框架结构的层损伤演化、变化的规律；

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的研究意义
• 1.2.1 采动对地面建筑物影响的研究意义
• 1.2.2 地震对建筑物结构影响的研究意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 采动对地表建筑物的影响研究现状
• 1.3.2 采动区建筑物保护研究现状
• 1.3.3 结构抗震设计理论的发展
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 相关基础理论
• 2.1 采动相关理论
• 2.1.1 采动对地表的影响
• 2.1.2 采动引起的地表移动变形对地表建筑物的影响
• 2.2 钢筋混凝土结构弹塑性分析模型
• 2.2.1 钢筋混凝土结构分析模型
• 2.2.2 单元分析模型
• 2.2.3 上部结构本构模型
• 2.3 结构地震损伤评估理论
• 2.3.1 损伤变量
• 2.3.2 单参数及双参数损伤模型
• 2.3.3 现有的双参数地震损伤模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 钢筋混凝土框架结构有限元模型的建立
• 3.1 有限元介绍
• 3.1.1 有限元法的基本思想和原理
• 3.1.2 有限元程序介绍
• 3.2 ANSYS 程序介绍
• 3.3 模型的建立
• 3.3.1 结构概况
• 3.3.2 模型中单元的选取
• 3.3.3 边界条件的确定及荷载的施加方式
• 3.3.4 计算模型的建立
• 3.4 地震波的选择与调整
• 3.5 工况的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 采动引起的地表倾斜对框架结构的静力影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 采动影响下钢筋混凝土框架结构的数值模型的建立
• 4.2.1 本文对模型施加的沉降条件
• 4.2.2 荷载施加方式
• 4.3 各工况下结构内力分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 采动影响下钢筋混凝土框架结构弹塑性时程分析
• 5.1 引言
• 5.2 结构动力特性分析
• 5.3 采动影响下钢筋混凝土框架结构弹塑性时程分析
• 5.3.1 动力时程分析简介
• 5.3.2 地表发生倾斜变形时结构弹塑性时程分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 采动影响下钢筋混凝土框架结构的地震损伤评估
• 6.1 引言
• 6.2 钢筋混凝土框架结构的双参数地震损伤模型
• 6.2.1 楼层极限位移计算
• 6.2.2 累积滞回耗能反应计算
• 6.2.3 极限滞回耗能的计算
• 6.3 钢筋混凝土框架结构在采动条件下的地震损伤评估
• 6.3.1 计算参数
• 6.3.2 计算结果
• 6.3.3 层损伤分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作
• 致谢