钢框架结构拟动力试验及结构动力相似关系研究

论文摘要

在当前模拟结构地震反应的试验研究中,拟动力试验方法是应用广泛且具有发展潜力的试验方法。本文在拟动力试验方法和钢框架结构体系抗震性能研究的基础上,在MTS电液伺服加载系统上对缩尺比例为1/3的两层钢框架模型进行模拟地震反应试验,通过对钢框架模型试验结果与理论分析结果(加速度、水平位移、以及基底剪力等)进行对比研究,了解到钢框架结构体系是具有较好抗震性能、较强抗侧力性能的结构体系。同时,本文对模型结构试验的动力相似关系也进行了探讨。为了验证模型结构拟动力试验方法的可行性和有效性,本文利用有限元软件对纯钢框架结构体系进行了缩尺模型和原型的计算机模拟,并对两种计算结果进行比较分析。研究表明当结构自由度过多或者尺寸较大时,受到试验条件和控制精度的限制时,采用缩尺模型进行拟动力试验可作为原型结构体系拟动力试验的一种替代选择。模型结构拟动力试验能基本准确地反映结构在给定地震波输入下的地震反应,从而提升了拟动力试验的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 钢框架结构简介
• 1.2.1 钢框架结构的特点
• 1.2.2 钢框架结构的应用
• 1.3 结构地震反应分析方法研究概况
• 1.4 钢框架体系抗震性能的研究现状
• 1.5 本文研究的主要工作和内容安排
• 1.5.1 本文研究的主要工作
• 1.5.2 本文内容安排
• 第二章 钢框架结构的拟动力试验
• 2.1 拟动力试验方法简介
• 2.1.1 拟动力试验系统和设备
• 2.1.2 拟动力试验控制方法
• 2.1.3 拟动力试验原理
• 2.1.4 拟动力试验步骤
• 2.1.5 拟动力试验数值积分方法
• 2.2 模型的设计与制作
• 2.3 试验系统和控制软件
• 2.3.1 试验系统
• 2.3.2 加载装置
• 2.3.3 试验监控点的布置
• 2.3.4 试验控制软件
• 2.4 试验中地震波的选取
• 2.4.1 地震动三个基本要素和选择原则
• 2.4.2 地震波的选取和调整
• 2.5 试验实施方案
• 2.5.1 试验参数的确定
• 2.5.2 试验加载方案
• 第三章 钢框架结构的抗震试验结果分析
• 3.1 层间刚度
• 3.2 加速度反应
• 3.2.1 反应概况
• 3.2.2 加速度对比
• 3.3 位移反应
• 3.3.1 反应概况
• 3.3.2 位移的对比
• 3.4 基底剪力
• 3.4.1 反应概况
• 3.4.2 基底剪力的对比
• 3.5 滞回性能
• 3.6 小结
• 第四章 结构动力试验模型与原型相似关系探讨
• 4.1 结构模型试验原理
• 4.1.1 结构动力模型试验的一般要求
• 4.1.2 动力相似关系推导
• 4.2 有限元程序选取
• 4.3 有限元模型建立
• 4.3.1 几何尺寸
• 4.3.2 材料特性定义
• 4.3.3 定义分析类型和分析选项
• 4.3.4 加载方案
• 4.3.5 有限元程序验证
• 4.4 有限元计算结果与分析
• 4.4.1 弹性阶段动力相似关系分析
• 4.4.2 弹塑性阶段的相似关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本文结论
• 5.2 有待改进的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录1: 插图清单
• 附录2: 表格清单
• 附录3: 硕士研究生学习阶段发表论文