底部大空间剪力墙结构抗震性能研究

论文摘要

底部大空间剪力墙结构是一种复杂的结构形式，在我国高层建筑中应用非常广泛。由于受力机理复杂，设计难度很大，在工程实际中大空间剪力墙结构常用的结构转换形式有梁式转换和板式转换两种。由于结构体型复杂，在该类型结构的设计中经常出现多项指标设计规范限值的情况。目前对体型复杂的底部大空间剪力墙结构的抗震性能研究尚显不足，多数研究主要是对结构进行整体结构的有限元理论分析。本文紧密围绕该两类结构，采用振动台试验研究与有限元理论计算相结合的手段，进行了深入的研究。着重研究以下几个问题： （1） 将带转换层结构简化为一变截面悬臂结构，采用阶梯形变截面Euler-Bernoulli梁的求解理论计算了其自振特性，通过变化转换层上下刚度比和转换层设置高位分析对结构自振特性的影响，探讨了转换层上下刚度比和转换层设置高位对结构自振特性的影响规律。分析偏心结构平扭耦合结构振型规律，采用有限元方法计算不同偏心率对结构平扭耦合特性的影响。 （2） 转换层厚板的存在对整体结构的抗震性能产生一定程度的影响，以板式转换底部大空间剪力墙结构工程实例为研究对象，建立了三维有限元分析模型进行结构抗震性能分析。详细分析这一结构的动力特性，并提出了主振型位移角的概念，发现该概念在复杂高层结构的结构选型和方案设计阶段具有较好的效果。讨论振型分解反应谱法中合理振型组合数量问题，并研究结构的地震反应内力和位移反应的特点。考察了转换层上下刚度比和转换层设置高位对结构动力特性以及地震反应的影响。 （3） 对梁式转换结构按相似关系设计制作了整体结构模型，进行了三向模拟地震振动台试验。研究模型结构的动力特性以及在不同烈度地震动作用下模型结构的加速度反应和位移反应，根据试验现象和试验结果分析了模型结构的薄弱部位，破坏机理，提出了改进设计建议。随后对结构进行了有限元计算，进一步揭示了结构的地震反应特点，计算结果与振动台试验结果吻合较好。将计算模型变换转换形式，对比两种转换方式对结构抗震性能的影响。 （4） 在结构地震反应计算中，采用时程分析法和振型分解反应谱法两种算方法，并对以上两种计算结果进行对比分析，得出适合结构设计的地震反应计算方法。 （5） Push-over法是结构弹塑性地震反应分析的简化计算方法，以往的研究中主要是将剪力墙结构简化为等效框架结构进行分析，本文拓宽了这一方法，将梁式转换结构中剪力墙按壳元模拟并进行弹塑性地震反应分析。研究了剪力墙结构的开裂形式、开裂部位、开裂顺序以及连梁塑性铰的出现位置、出现顺序等问题。通过计算得到了结构的基底剪力一顶点位移反应曲线，以此对结构的抗震延性性能进行了评价。用能力谱法

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 高层建筑
• 1.1.2 高层建筑的发展
• 1.1.3 高层结构内力与变形特点
• 1.2 高层建筑结构设计计算方法
• 1.2.1 静力分析理论
• 1.2.2 反应谱理论
• 1.2.3 静力弹塑性分析方法
• 1.2.4 时程分析理论
• 1.3 底部大空间剪力墙结构应用与研究现状
• 1.3.1 底部大空间剪力墙结构转换形式
• 1.3.2 国内外转换层结构应用现状
• 1.3.3 底部大空间剪力墙研究现状
• 1.4 选题背景及本文主要工作
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 本文主要工作
• 本章参考文献
• 第2章 高层建筑有限元分析概述
• 2.1 高层建筑结构分析方法
• 2.1.1 高层建筑结构分析方法
• 2.1.2 高层建筑结构构件分类
• 2.2 有限元分析概述
• 2.3 杆系结构单元类型
• 2.4 剪力墙结构单元类型
• 2.5 厚板转换层单元类型
• 本章参考文献
• 第3章 底部大空间剪力墙结构自振特性分析
• 3.1 底部大空间剪力墙结构平动特性
• 3.1.1 结构振型及周期计算理论
• 3.1.2 底部大空间剪力墙结构的自振特性
• 3.1.3 参数分析
• 3.2 结构平扭耦合特性
• 3.2.1 产生地震扭转反应的原因
• 3.2.2 结构平扭耦合振动理论推导
• 3.2.3 结构偏心对耦合振动特性的影响
• 3.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第4章 复杂体系厚板转换结构抗震性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 高层建筑结构地震反应计算方法
• 4.2.1 振型分解反应谱方法
• 4.2.2 时程分析法
• 4.3 复杂体系厚板转换结构抗震性能分析
• 4.3.1 结构概况
• 4.3.2 结构动力特性
• 4.3.3 地震反应的反应谱分析
• 4.3.4 弹性时程分析
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 刚度比对结构抗震性能的影响
• 4.4.2 转换层设置高度对结构抗震性能的影响结构概况
• 4.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第5章 梁式转换结构抗震试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 整体模型振动台试验研究
• 5.2.1 模型设计与模型制作
• 5.2.2 模型试验方案
• 5.2.3 试验现象
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.3 整体模型振动台试验研究
• 5.3.1 结构的弹性地震反应分析
• 5.3.2 结构动力特性
• 5.3.3 地震反应的振型分解反应谱法
• 5.3.4 结构弹性时程分析
• 5.4 厚板转换与梁式转换的对比分析
• 5.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第6章 静力弹塑性地震反应分析
• 6.1 引言
• 6.2 钢筋混凝土结构非线性有限元分析
• 6.2.1 混凝土的本构模型
• 6.2.2 钢筋的本构模型
• 6.2.3 钢筋混凝土结构的有限元模型
• 6.2.4 非线性代数方程组的求解
• 6.3 结构的静力弹塑性分析方法
• 6.3.1 结构弹塑性分析方法
• 6.3.2 静力弹塑性分析原理
• 6.4 结构静力弹塑性（Push-over）实例分析
• 6.4.1 计算模型的建立
• 6.4.2 计算结果分析
• 6.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第7章 结语与展望
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果