框架—剪力墙结构弹塑性地震反应分析

论文摘要

建筑结构抗震性能的研究是结构设计和科研中非常重要的一个研究领域,本论文在考察了前人对结构抗震领域的理论与实践的研究成果的基础上,利用通用有限元软件ANSYS对某框架剪力墙办公楼建立了三维有限元模型。并采用多种计算方法和分析手段,研究结构在弹塑性阶段的动力特性、地震反应和抗震性能。主要完成了以下几个方面的工作:首先,对办公楼非线性有限元模型进行模态分析,得到结构的自振周期和振型。接着基于弹塑性静力分析的理论,对结构施加四种不同荷载,选取比较合理的加载模式后,对结构进行弹塑性静力分析计算。此分析中用能力谱方法对结构的抗震能力进行了评估。然后,在简单地阐述弹塑性动力分析理论后、仍利用前面建立的非线性结构模型,分析计算办公楼在8度罕遇地震作用下的抗震性能。其中对地震波的选取、调整原则进行了说明,主要比较了三种地震波下的结构性能。最后,在两种弹塑性反应后对结构抗震性能做出分析。两种反应下,由结构的楼层位移和层间位移角比较分析,而得到结构在整体变形和层间变形方面均满足规范限值的要求。通过做出结构的基底剪力-顶点位移曲线来考察结构抵抗荷载的能力。弹塑性静力分析中,用需求谱和能力谱曲线的相交情况来判断结构的抗震能力,以及此目标性能点下结构的各项指标均满足要求。弹塑性动力分析中,则用结构在地震波激励下的应力-应变图来反映结构的内力分布、塑性分布情况和结构的薄弱部位,同时也反映剪力墙的塑性发展规律和情况。该论文的分析结果,为本结构的抗震设计提供了理论依据,并对以后类似框架-剪力墙分析、设计有一定的参考价值。而且体现了ANSYS作为世界上著名的通用有限元软件,对结构抗震研究方面的价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗震设计思想的发展
• 1.3 结构地震响应分析方法的发展
• 1.3.1 静力法
• 1.3.2 反应谱法
• 1.3.3 时程分析法
• 1.4 结构非线性分析的研究现状及发展
• 1.4.1 动力非线性分析法
• 1.4.2 静力非线性分析法
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 弹塑性静力分析
• 2.1 弹塑性静力分析方法简介、发展与研究现状
• 2.1.1 弹塑性静力分析方法简介
• 2.1.2 弹塑性静力分析方法发展及研究现状
• 2.2 PUSHOVER 分析方法基本原理
• 2.2.1 与MDOF 体系相关的等效SDOF 体系
• 2.2.2 Pushover 分析的实施步骤
• 2.2.3 目标位移的确定
• 2.2.4 水平加载模式
• 2.2.5 基于ANSYS 的Pushover 分析方法及实施
• 2.3 本章小结
• 第三章 框架剪力墙结构弹塑性静力分析
• 3.1 分析模型的建立
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 ANSYS 模型的建立
• 3.2 模态分析
• 3.2.1 结构质量计算
• 3.2.2 结构自振周期和振型
• 3.3 结构谱分析
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 计算结果分析
• 3.4 结构弹塑性静力分析
• 3.4.1 采用弹塑性静力分析的介绍
• 3.4.2 加载模式
• 3.4.3 加载方式结果分析
• 3.5 将弹性需求谱转化为弹塑性需求谱
• 3.5.1 建立能力谱曲线
• 3.5.2 建立弹塑性需求谱曲线
• 3.6 结构性能点确定和抗震性能评估
• 3.6.1 结构性能点确定
• 3.6.2 抗震性能评估
• 3.7 本章小结
• 第四章 弹塑性动力分析法
• 4.1 弹塑性动力分析法简介
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 弹塑性动力分析法的特点
• 4.1.3 弹塑性动力分析法的设计步骤
• 4.2 结构运动方程
• 4.2.1 对于多质点体系的动力平衡方程
• 4.2.2 刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵
• 4.2.3 动力方程的求解
• 4.3 输入地震波的选择
• 4.3.1 输入地震波的要求
• 4.3.2 地震动三要素的选择
• 4.4 实例分析
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 地震波的选用
• 4.4.3 地震波的调整
• 4.4.4 计算结果及其分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 5.2.1 弹塑性静力方法的展望
• 5.2.2 弹塑性动力时程分析的必要性及不足
• 5.2.3 对本文的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录