混凝土砌块结构非线性地震反应分析及基于性能的抗震设计方法

论文题目: 混凝土砌块结构非线性地震反应分析及基于性能的抗震设计方法

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 常兆中

导师: 周锡元

关键词: 混凝土小型空心砌块砌体,基于性能设计,数据可视化,有限元前后处理系统,等效框架模型,非线性地震反应分析,目标位移

文献来源: 中国建筑科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 基于性能的设计是工程抗震的新方向。混凝土小型空心砌块砌体是我国目前应用最为广泛的砌体结构形式。由于砌体材料固有的复杂性，基于性能的评估和设计还处于发展的初期，还需要通过不断的研究来将基于性能的理念应用于混凝土小型空心砌块砌体的抗震能力评估和设计。对于混凝土小砌块结构而言，基于性能的抗震设计方法的实施还需要研究开发分析软件、发展非线性数值计算模型和确定不同性能水准下的目标位移。 本文的重点是研究混凝土小型空心砌块砌体非线性地震反应分析和基于性能的抗震设计方法。对于数据可视化、用于OpenSees的有限元前后处理软件开发，混凝土小型空心砌块砌体非线性数值分析模型和混凝土小型空心砌块结构在不同性能水准下目标位移的确定方法等问题分别进行了研究。主要的研究内容和创新性成果如下： 1、深入分析了OpenSees的基本框架结构、基本类及类层次结构，深入讨论了基于柔度法和基于刚度法的非线性梁柱单元原理，对OpenSees的材料滞回模型进行了研究，扩展了OpenSees程序的功能。 2、基于可视化图形工具(VTK)，设计并实现了OpenSees和VTK之间的中间层接口模块，在此基础上开发了适用于OpenSees的跨平台有限元前、后处理系统OpenGUI，为OpenSees提供了一个很好的图形用户界面和可视化环境，提高了OpenSees分析大型复杂结构的效率。开发了适合混凝土小砌块结构非线性分析的专用模块。 3、研究了混凝土小砌块结构非线性分析的计算方法，发展了一个简化的混凝土小砌块结构非线性分析模型。该模型将混凝土小砌块结构理想化为等效的框架，适用于非线性静力分析和非线性动力分析。应用该模型对一混凝土砌块结构振动台模型试验进行了比较分析，结果表明数值模拟结果与试验结果较为吻合，验证了分析方法和计算模型的合理性。 4、与平面应力有限元分析结果相比，用等效框架模型模拟开洞墙片会导致过大的弹性刚度，本文通过引入了等效刚度系数α和等效高度系数γ对墙肢的弹性刚度进行了修正，给出了修正系数α和γ的回归公式。通过与平面有限元应力分析结果以及试验结果的比较验证了该方法的合理性。 5、给出了混凝土小砌块墙片和连梁恢复力模型的确定方法，通过对现有试验数据的分析，提出了一个混凝土小砌块约束砌体墙片的三线性恢复力骨架曲线，该恢复力模型适用于混凝土小砌块约束砌体结构的静力和动力非线性分析。 6、本文给出了对应我国抗震设计规范三个设防水准的破坏状态限值，这些值由能力曲线的

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 结构非线性分析软件、分析模型和抗震设计方法

1.2.1 工程结构非线性分析软件

1.2.2 混凝土小型空心砌块砌体非线性分析模型

1.2.3 混凝土小型空心砌块砌体的抗震设计方法

1.3 本文研究的目的和主要内容

参考文献

第二章 地震工程模拟软件OpenSees的应用研究

2.1 概述

2.2 OpenSees的基本框架

2.3 OpenSees的类及类层次结构

2.4 非线性梁柱单元模型

2.4.1 基于刚度法的非线性梁柱单元

2.4.2 基于柔度法的非线性梁柱单元

2.5 截面恢复力模型

2.6 OpenSees的解释器及程序扩展方法

2.7 小结

参考文献

第三章 基于 VTK的OpenSees图形界面软件开发

3.1 概述

3.2 可视化系统和开发工具的选择

3.2.1 可视化库的选择

3.2.2 图形界面开发工具的选择

3.3 VTK可视化系统研究

3.3.1 图形(Graphics)模型

3.3.2 可视化(Visualization)模型

3.3.3 vtk中的数据

3.3.4 原子(Cell)

3.3.5 属性数据(Attribute Data)

3.4 OpenGUI的基本结构和数据管理

3.5 OpenGUI的接口开发

3.5.1 Object类及其类层次结构

3.5.2 oguiIO类及其类层次结构

3.5.3 oguiVTK类及其类层次结构

3.6 图形用户界面开发及前处理

3.7 结果的后处理

3.7.1 位移和模态显示

3.7.2 力和应力显示

3.7.3 时程分析结果的显示

3.8 混凝土砌块墙片滞回模型的输入模块开发

3.9 小结

参考文献

第四章 混凝土砌块砌体结构非线性地震反应分析

4.1 概述

4.2 砌体结构的非线性分析模型

4.2.1 砌体结构的微观有限元模型

4.2.2 砌体结构的全局模型和离散有限元模型

4.3 混凝土小型空心砌块结构的非线性分析方法

4.3.1 混凝土小砌块结构的分析模型

4.3.2 墙片弹性模型的校准

4.3.3 单元恢复力模型的确定

4.3.4 分析模型在OpenSees中的实现方法

4.4 振动台试验的理论分析

4.4.1 试验概况

4.4.2 计算模型

4.4.3 墙片滞回曲线的确定

4.4.4 计算结果

4.5 小结

参考文献

第五章 基于性能的混凝土砌块砌体结构抗震设计

5.1 概述

5.2 性能水准和性能目标

5.3 目标位移的确定方法

5.3.1 改进的能力谱方法介绍

5.3.2 弹塑性需求谱的确定

5.3.3 能力谱的确定

5.3.4 目标位移的确定步骤

5.4 工程算例分析

5.4.1 工程概况

5.4.2 计算模型和分析方法

5.4.3 分析结果

5.4.4 目标位移比较和抗震性能评价

5.5 小结

参考文献

结论与展望

附录1_OpenGUI主程序

附录2_OpenGUI窗口部件包

攻读博士学位期间发表及完成的论文和报告

作者简介

致谢

发布时间: 2006-11-28

参考文献

• [1].基于位移模式结构抗震设计方法研究[D]. 李琪.河海大学2005
• [2].基于性能的抗震设计方法及其在高层混合结构抗震评估中的应用[D]. 龚胡广.湖南大学2006
• [3].基于性能的结构多维抗震设计方法研究[D]. 王丰.大连理工大学2007
• [4].钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究[D]. 缪志伟.清华大学2009
• [5].剪力墙结构基于性态的抗震设计方法研究[D]. 章红梅.同济大学2007
• [6].钢筋混凝土框架结构基于能量抗震设计方法研究[D]. 马千里.清华大学2009
• [7].RC框架结构基于损伤控制的抗震设计方法研究[D]. 罗文文.重庆大学2015
• [8].框架结构基于能量的试验和抗震设计方法研究[D]. 何利.合肥工业大学2011
• [9].大跨钢网格结构地震避难所抗震设计方法研究[D]. 李海旺.太原理工大学2013
• [10].地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究[D]. 邹炎.中国地震局工程力学研究所2015

相关论文

• [1].钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D]. 史庆轩.西安建筑科技大学2002
• [2].基于性能的抗震结构位移及能量反应分析方法研究[D]. 肖明葵.重庆大学2004
• [3].多层混凝土砌块结构性态抗震研究[D]. 熊立红.中国地震局工程力学研究所2005
• [4].混凝土多孔砖砌体结构房屋拟动力试验研究及抗震性能分析[D]. 杨春侠.湖南大学2007
• [5].消能减震结构基于性能的抗震设计理论与方法研究[D]. 李波.西安建筑科技大学2007

标签：混凝土小型空心砌块砌体论文;  基于性能设计论文;  数据可视化论文;  有限元前后处理系统论文;  等效框架模型论文;  非线性地震反应分析论文;  目标位移论文;