暗支撑混凝土核心筒模型非线性分析

论文摘要

我国是遭受地震灾害影响极为严重的国家之一。在这样的地质条件和自然环境下,如何使建筑物在地震灾害中免于倒塌或使其受损后具有可修复性便成为了我国结构研究者亟需解决的问题。研究表明,剪力墙-核心筒结构体系具有整体性好、刚度大、性能更稳定等砌体结构或框架结构体系所不具备的优良抗震性能。本文基于国内外学者的相关研究和试验数据,参考现有的文献资料,对剪力墙-核心筒结构进行如下几个方面的研究:第一,采用大型有限元分析软件ANSYS来进行数值模拟试验分析,对北京工业大学曹万林教授及其博士研究生黄选明等于2004年进行的三层带暗支撑核心筒体的低周反复加载试验的试件建立分离式实体模型,其中用SOLID65单元模拟混凝土,分别采用LINK8单元和BEAM188单元模拟分布钢筋及暗支撑钢筋。第二,对三个有限元核心筒体模型的模拟计算结果进行对比分析。这3个模型除上述钢筋采用的模拟单元不同,其余各几何、材料参数均相同。通过对这三个模型的荷载位移曲线、刚度位移角曲线、初始刚度、开裂荷载、极限荷载、极限位移等抗震性能指标进行对比分析,研究了各模型的适用条件及其各自模拟分析的优势和不足。第三,通过之前的研究结果,选取混凝土单元采用ANSYS中提供的三维实体单元SOLID65,剪力墙内钢筋采用该单元提供的弥散分布模型而连梁及暗柱采用LINK8模拟的分离式钢筋,建立连梁内钢筋按传统方式配置的模型CT-1及连梁内钢筋采用45°斜向配置方式的模型CT-2的混凝土核心筒体模型,并进行了单调加载情况下的非线性分析,研究连梁内暗支撑的增设和连梁分布钢筋采用45°斜向配置对核心筒体抗震性能的影响对比。最后,研究了不同暗支撑配筋比和轴压比对核心筒体抗震性能的影响。通过对比分析16个有限元模型的荷载位移曲线及刚度位移角曲线,获取相应的各特征点量值,最终得出配筋比和轴压比对核心筒体产生的有利或者不利的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 剪力墙-核心筒体结构的发展研究
• 1.2.1 钢筋混凝土剪力墙的研究及发展概述
• 1.2.2 核心筒体的研究及发展概述
• 1.3 钢筋混凝土非线性有限元分析概述
• 1.3.1 有限元分析的基础
• 1.3.2 钢筋混凝土非线性有限元分析的意义
• 1.3.3 钢筋混凝土非线性有限元的研究进展
• 1.3.4 钢筋混凝土有限元分析的工程应用
• 1.4 本文的主要研究工作概述
• 第2章 钢筋混凝土非线性有限元基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 钢筋混凝土核心筒体有限元建模介绍
• 2.2.1 钢筋混凝土建模方式简介
• 2.2.2 混凝土单元的选择及单元介绍
• 2.2.3 钢筋单元的选择及单元介绍
• 2.3 混凝土本构关系模型
• 2.3.1 单轴受力情况下的混凝土应力-应变关系
• 2.3.2 三轴受力情况下的混凝土应力-应变关系
• 2.4 钢筋本构关系模型
• 2.5 小结
• 第3章 有限元模型各参数的确定及对比分析
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 结构分析过程中参数的选取和确定
• 3.2.1 分析类型和分析选项的确定
• 3.2.2 增强模型计算结果收敛性的方法
• 3.2.3 荷载加载方式的确定
• 3.3 各有限元模型模拟结果的对比分析
• 3.3.1 试验模型参数及试验概况
• 3.3.2 模拟结果对比分析
• 3.4 小结
• 第4章 连梁斜向配筋的核心筒性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土核心筒体有限元分析
• 4.2.1 核心筒体的有限元模型
• 4.2.2 连梁传统配筋及45°斜向配筋筒体计算结果分析
• 4.3 小结
• 第5章 暗支撑对核心筒体抗震性能的影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 暗支撑核心筒体有限元分析模型简述
• 5.3 暗支撑核心筒体有限元模型模拟分析结果
• 5.3.1 FM-1 有限元分析模拟结果
• 5.3.2 FM-2 有限元分析模拟结果
• 5.3.3 FM-3 有限元分析模拟结果
• 5.3.4 FM-4 有限元分析模拟结果
• 5.4 暗支撑核心筒体有限元模拟结果对比分析
• 5.4.1 荷载位移曲线对比分析
• 5.4.2 刚度位移角曲线对比分析
• 5.4.3 带暗支撑核心模型模拟数值误差分析
• 5.5 小结
• 第6章 轴压比对核心筒体抗震性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 不同轴压比有限元分析模型简介
• 6.3 不同轴压比下各有限元模型对比分析
• 6.3.1 FM-1X 系列模型对比分析结果
• 6.3.2 FM-2X 系列模型对比分析结果
• 6.3.3 FM-3X 系列模型对比分析结果
• 6.3.4 FM-4X 系列模型对比分析结果
• 6.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢