框架—剪力墙结构的抗震设计计算及其简化分析

论文摘要

框架—剪力墙结构由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成,由于剪力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大得多,故它们的协同作用既可以提供整体结构较大的抗侧力,也利用了框架结构可以提供较大空间的优越性。因此这种结构体系整体性好、刚度大、侧向变形小、抗震性能好,易于满足高层结构中现行国家规范限定值要求,而得到广泛应用。但是对于这种结构体系的简化分析仍然是处于简单的刚度叠加。本文通过有限元方法,利用ANSYS与Matlab软件对框架-剪力墙结构进行整体结构动力分析,得到了框架—剪力墙的振型、周期等自振特性,通过这些动力特征,进而了解了该类型结构的刚度分布情况。根据刚度分布情况进行结构简化,由此导出了框架—剪力墙结构的等效简化模型的刚连体系和铰连体系,再根据等效的简化模型和原结构的动力特性应尽可能保持一致的等效原则,推导了框架—剪力墙简化模型理论计算公式,并对其进行地震反应数值分析。通过与原结构计算结果的比较,都得到了很好的结果,验证了本文所提出的简化等效模型的合理性。另外,为了充分发挥了ANSYS有限元分析与Matlab矩阵运算的各自功能。本文通过在Matlab中编写M文件实现与ANSYS的接口连接技术,给出了各种接口的实现方法和调用程序,总结了各种方法的优缺点。充分利用了ANSYS参数化命令编程APDL语言建模的优点,以及Matlab的强大数学运算功能和图形绘制功能。为进行结构抗震计算一体化的初步实践,以及实际的工程开发提供了一种比较好的编程思路。计算结果表明,通过这种简化方法可以优化结构设计,提高其安全性和经济性,并为工程设计提供一些有实用价值的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 框架—剪力墙结构的计算分析与研究现状
• 1.2.1 框架—剪力墙结构的一般分析方法
• 1.3 结构抗震分析简化的研究方法
• 1.4 本文主要研究工作及内容
• 2 抗震分析方法与混合编程基本理论
• 2.1 地震及抗震设计的基本概念
• 2.1.1 地震波、震级和烈度
• 2.1.2 地震基本烈度与抗震设防
• 2.1.3 抗震设防目标
• 2.2 单质点弹性体系水平地震作用
• 2.2.1 地震作用
• 2.2.2 运动方程的建立
• 2.2.3 运动方程的解答
• 2.2.4 水平地震作用基本公式
• 2.2.5 地震系数κ
• 2.2.6 动力系数β
• 2.2.7 地震影响系数
• 2.3 振型分解反应谱法与时程分析法
• 2.3.1 反应谱
• 2.3.3 振型分解反应谱法
• 2.3.4 地震作用效应的组合
• 2.3.5 时程分析法概述
• 2.4 混合编程的基本思想
• 2.5 ANSYS参数化设计语言简介
• 2.5.1 ANSYS参数化设计语言APDL
• 2.5.2 APDL的特点
• 2.5.3 如何生成APDL文件
• 2.6 Matlab语言特点与其开发环境
• 2.6.1 Matlab语言的发展
• 2.6.2 Matlab语言的特点
• 2.6.3 Matlab的开发环境
• 3 框架—剪力墙结构的数值模拟
• 3.1 有限元分析软件ANSYS及单元介绍
• 3.2 框架—剪力墙结构的三维有限元建模
• 3.2.1 框架—剪力墙结构的基本描述
• 3.2.2 结构的网络划分
• 3.3 结构动力特性的求解
• 3.4 结构模型动力特性的计算结果及比较分析
• 3.5 框架—剪力墙结构典型振型图示例
• 3.5.1 框架—剪力墙结构的几阶典型振型图
• 3.5.2 本章小结
• 4 框架—剪力墙结构抗震分析中的简化模型
• 4.1 简化模型的等效原则与思路
• 4.1.1 等效基本原则
• 4.1.2 简化模型等效的思路及示意框图
• 4.2 建立简化模型的过程与基本步骤
• 4.2.1 一维杆系模型
• 4.3 简化模型动力特性与三维模型的比较
• 4.4 框架—剪力墙结构等效地震作用的计算
• 4.4.1 框架—剪力墙结构等效地震作用计算的思路
• 4.4.2 框架—剪力墙结构等效地震作用计算
• 4.4.3 三维实体模型的时程分析法
• 4.5 反应谱法计算与时程分析法计算结果的比较
• 5 结构参数的定义与数据接口的建立
• 5.1 结果文件的提取与结构参数的定义
• 5.1.1 结果文件如何提取
• 5.1.2 结构参数的定义
• 5.2 分析软件的安装与数据接口的建立
• 5.2.1 Matlab调用ANSYS
• 5.2.2 ANSYS调用Matlab
• 5.3 分析过程简化的原则与思路
• 5.4 程序运行分析的结果及验算比较
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果