空间异形柱框架抗震性能的研究

论文题目: 空间异形柱框架抗震性能的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 曹云中

导师: 唐锦春,干钢

关键词: 空间异形柱框架,非线性有限元,静力推覆分析,荷载,结构参数,动力时程分析,伪静力试验,承载能力,延性,滞回性能,抗扭性能,工作性能,破坏形态,抗震性能

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着生活水平步入小康,人们要求提高空间利用率以获得尽量多的使用空间。把柱的截面设计成“L”,“T”及“+”字形,使填充墙与柱壁同厚,柱处不出现凸出的棱角,室内空间有效利用率可大大提高。由于异形柱框架结构的优越性,国内外在异形柱及异形柱平面框架方面已有不少研究,但异形柱空间框架性能的研究尚处于初步探索阶段。为了能在实际工程中更好地运用这类结构,本文提出一种空间异形柱框架结构的非线性有限元分析方法,并结合单向及反复推覆分析方法对空间异形柱框架结构抗震性能进行分析,然后在推覆分析的基础上做一定的动力时程计算,另外还做了一些试验研究。 本文具体的内容有: 1.空间异形柱框架结构非线性有限元分析理论 首先假设框架梁与柱符合平截面假定、钢筋与混凝土之间的粘结可靠、忽略裂缝中骨料之间的咬合力、钢筋无横向抗剪作用、忽略横向剪切变形及扭转变形。然后确定反复加卸载时钢筋与混凝土的应力—应变本构关系。针对该框架特点,对框架作适当的单元划分,并将异形截面划分为几个规则的矩形区域,然后运用组合层合单元、分区离散截面法及主从系统中的偏心转化法对异形截面的矩形区域进行分离与组合,并用子结构法及静力凝聚法提高计算效率。混凝土与钢筋采用差量叠加式模型。根据非线性有限元原理,结合增量物理方程和增量几何方程,提出简化非线性计算模型,探讨能较正确、全面描述空间异形柱框架结构工作时的抗震性能的方法。 2.空间异形柱框架结构静力弹塑性分析程序 在对异形柱框架抗震性能研究中运用静力推覆分析。在推覆分析过程中用逐步加减位移的自修正法来控制卸载及再加载,使负刚度阶段的计算得以实现。以顶层上的水平荷载为基准,其它各层上的水平荷载按倒三角的比例关系施加。当空间框架受到的水平力与某水平坐标轴有一小于等于45°夹角时,以顶层位移量在该轴方向的分量作为控制量并得到此时该轴方向的水平力分量,然后由该轴方向的水平力分量结合保证水平力方向角不变的条件得到另一水平坐标轴方向上的水平力分量。为避免材料本构关系的转折带来计算波折,并且为便于判断加卸载,在各级荷载的各自修正循环步中进行多次材料状态分析与取值,取值过程用割线模量搜索。在空间异形柱框架非线性有限元基础上编制推覆分析程序,并对程序的有效性进行了验证。

论文目录:

第1章 绪论

1．1 异形柱框架结构的应用意义

1．2 异形柱及异形柱框架结构的工程运用

1．3 异形柱及异形柱框架结构的研究现状

1．4 本文研究目的方法与主要内容

参考文献

第2章 空间异形柱框架结构非线性有限元分析理论

2．1 引言

2．2 基本假设

2．3 材料的本构关系

2．4 结构单元的划分方案

2．5 子结构非刚域部分各微段刚度矩阵和不平衡力列阵

2．6 空间异形柱框架总体刚度矩阵及荷载列阵

2．7 非线性分析方法

2．8 本章结论

参考文献

第3章 三维有限元静力弹塑性分析程序的编制与验证

3．1 引言

3．2 抗震性能分析的PUSHOVER法

3．3 静力推覆分析的计算步骤

3．4 静力推覆分析程序流程

3．5 静力推覆分析程序验证

3．6 静力推覆计算模型

3．7 本章结论

参考文献

第4章 空间异形柱框架与矩形柱框架抗震性能比较

4．1 引言

4．2 结构承载力及侧向变形能力的比较

4．3 结构抗扭转性能的比较

4．4 结构滞回性能的比较

4．5 底层层间刚度退化的比较

4．6 结构内力及应变特点和结构破坏过程

4．7 本章结论

参考文献

第5章 空间异形柱框架在各类荷载作用下抗震性能的分析研究

5．1 引言

5．2 受不同方向水平荷载的空间异形柱框架抗震性能研究

5．3 结构在不同布置方式的竖向荷载作用下的抗震性能

5．4 框架在不同轴压比情况下的抗震性能

5．5 本章结论

参考文献

第6章 结构参数对空间异形柱框架抗震性能影响的静力推覆分析研究

6．1 引言

6．2 结构参数对结构承载力及侧向变形能力的影响

6．3 结构参数对结构抗扭转变形能力的影响

6．4 结构参数对结构滞回性能及刚度退化的影响

6．5 各结构参数对结构内力及应变特点和结构破坏过程的影响

6．6 本章结论

参考文献

第7章 空间异形柱框架结构的动力时程分析

7．1 引言

7．2 时程分析理论及计算程序与计算模型

7．3 异形柱框架与矩形柱框架动力性能的比较

7．4 不同异形柱配筋量的框架动力性能的比较

7．5 不同梁配筋量的框架动力性能的比较

7．6 本章结论

参考文献

第8章 空间异形柱框架伪静力试验分析

8．1 引言

8．2 试验模型及测点布置

8．3 加载设备与方案

8．4 试验结果数据处理与分析

8．5 本章结论

参考文献

第9章 总结与展望

9．1 本文主要结论

9．2 本文主要创新点

9．3 展望

博士在读期间发表的论文

致谢

发布时间: 2006-01-19

参考文献

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• [6].聚丙烯纤维增强异形柱框架抗震性能的研究[D]. 郝贵强.天津大学2009
• [7].钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能及性能设计方法研究[D]. 黄雅捷.西安建筑科技大学2003
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