削弱梁端—方钢管混凝土柱框架结构的Push-Over分析

论文摘要

本文根据本课题组前期削弱梁端-方钢管混凝土柱框架节点已有试验和理论研究成果,采用梁端翼缘削弱型钢梁形式,以杭州瑞丰国际商务大厦（西楼）为基本模型,分别对5层、24层削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构体系进行了静力弹塑性Push-Over分析,通过对比混凝土楼板对结构整体抗侧力的贡献,以考察该结构体系的抗震性能。本文综述了静力弹塑性Push-Over分析方法在国内外发展研究情况、理论基础以及常见的侧向水平加载模式,其中重点介绍了美国的ATC-40采用的“能力谱法”;由于程序SAP2000在处理曲线上的局限性,根据梁端翼缘削弱区面积相等的原则,对梁端翼缘削弱区以直线代替曲线,利用ANSYS分析软件,提出了本文推荐的梁端翼缘削弱等效刚度钢梁形式,以此形式应用于后续整体框架模型的建立。应用SAP2000软件,采用常见的两种侧向水平加载模式,分别对5层、24层削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构进行七度、八度抗震设防烈度下的静力弹塑性Push-Over分析。通过对比考虑楼板和不考虑楼板对整体抗侧刚度的影响,并从结构基底剪力-顶点位移关系曲线、层间位移、层间位移角等方面对结构进行多方面的抗震评估。研究发现,采用梁端翼缘削弱型钢梁不仅对框架结构的整体刚度影响较小,而且削弱区有效缓解了梁、柱交接处钢梁应力集中,使得塑性铰偏离梁、柱相连处;方钢管混凝土结构具有较好的延性和变形能力;在七度抗震设防烈度下,结构满足我国抗震规范规定的“小震不坏、大震不倒”的设计要求,但是不考虑楼板参与作用会导致结构产生较大的侧向位移,接近规范限值;在八度抗震设防烈度下,结构不能满足“小震不坏”的设计要求;不同的侧向水平加载模式对结构的Push-Over分析具有一定的影响;塑性铰的出现集中在钢梁削弱处,属于典型的“梁铰耗能机制”,达到了“强柱弱梁”的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构的相关研究
• 1.3 结构抗震设计理论的发展
• 1.3.1 静力理论
• 1.3.2 反应谱理论
• 1.3.3 动力理论
• 1.3.4 减震控制理论
• 1.3.5 静力弹塑性Push-Over 分析方法
• 1.4 两种抗震设计方法的介绍
• 1.5 两种抗震设计方法的对比
• 1.6 本论文研究的主要内容
• 第二章 静力弹塑性Push-Over 分析方法的理论简介
• 2.1 引言
• 2.2 静力弹塑性Push-Over 分析方法的发展及研究现状
• 2.2.1 静力弹塑性Push-Over 分析方法在国外的发展及研究现状
• 2.2.2 静力弹塑性Push-Over 分析方法在国内的发展及研究现状
• 2.3 静力弹塑性Push-Over 分析方法的基本原理及假定
• 2.3.1 静力弹塑性Push-Over 分析方法的基本原理
• 2.3.2 静力弹塑性Push-Over 分析方法的基本假定
• 2.3.3 等效单自由度体系的建立
• 2.4 静力弹塑性Push-Over 分析方法的一般步骤及抗震能力评估
• 2.4.1 静力弹塑性Push-Over 分析方法的一般步骤
• 2.4.2 抗震能力的评估
• 2.5 侧向水平加载模式的选取
• 2.5.1 固定侧向水平加载模式
• 2.5.2 考虑高振型影响的侧向水平加载模式
• 2.6 静力弹塑性Push-Over 分析的计算模型及破坏机构
• 2.6.1 计算模型
• 2.6.2 结构破坏机构
• 2.7 本章小结
• 第三章 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁三维非线性有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁有限元模型的确定
• 3.2.1 已有钢梁梁端削弱形式
• 3.2.2 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁削弱尺寸的确定
• 3.3 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁有限元模型的建立
• 3.3.1 单元介绍
• 3.3.2 定义材料属性
• 3.3.3 模型的边界约束及加载
• 3.3.4 求解设定
• 3.3.5 计算结果的后处理
• 3.4 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁有限元模型的验证
• 3.4.1 单调加载的荷载与位移（P-Δ）曲线
• 3.4.2 梁端翼缘削弱等效刚度钢梁与已有四种削弱钢梁内力分布情况
• 3.5 本章小节
• 第四章 削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构的Push-Over 应用
• 4.1 引言
• 4.2 塑性铰的定义与设置
• 4.3 确定侧向水平加载模式及分析工况
• 4.3.1 侧向水平加载模式
• 4.3.2 分析工况
• 4.3.3 荷载控制
• 4.4 计算实例
• 4.4.1 建立结构整体模型
• 4.4.2 多层削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构的抗震性能评估
• 4.4.3 高层削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构的抗震性能评估
• 4.4.4 多高层削弱梁端-方钢管混凝土柱框架结构的抗震性能对比
• 4.5 本章小结
• 结语
• 1. 结论
• 2. 今后尚待研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与科研与获奖情况
• 致谢