异形柱结构抗侧刚度研究

论文摘要

近几十年，随着国民经济的快速发展，人们的生活水平提高的同时对住宅的要求也越来越高，混凝土异形框架结构的建筑也正是在这种要求下在全国范围内推广开来的。异形截面作为一种更一般性的截面形式，而矩形、正方形截面是异形截面的特殊形式，特殊截面的截面性质在某些方面是不可代替一般截面的性质的。因此，很有必要对其进行研究。本文首先对单个构件作出理论上的相关分析，在所有的异形柱中，L形柱受力特性最为特别，所以单个构件的研究重点放在L形截面柱上了。已知弹性力学中的纯三次式φ=ay3可以解决单向纯弯曲问题，所以本文认为应力函数φ=ay3+bz3可解决L形截面柱的双向纯弯曲耦合问题，并给出了相关结论的推导分析过程以及受力特性分析结果。对于L形截面柱的抗侧刚度问题，可采用简化模型进行推导分析，其中的双向纯弯曲耦合问题可采用平截面假定，从数学的角度，列出了其平截面的应变方程式εx=a+by+cz，代入相关的物理方程式中进行分析与推导计算，很简洁的得出了结构中L形截面柱的抗侧刚度公式，同时结出了T形、十字形截面柱的抗侧刚度公式，并给出了抗侧刚度的修正系数。本文采用有限元分析软件ANSYS基于APDL参数化语言的有限元技术对两种结构进行了静力分析。主要是水平荷载作用下的分析，从相关的数据分析得出，在不考虑结构整体扭转的情况下，结构平面布置规则的异形柱框架结构的变形总体为剪切形变形，其柱端剪力可采用平面受力状态模型，按照剪力分配法进行计算，并给出了理论计算与有限元计算的比较。本文还分析了影响异形柱结构的抗侧刚度的因素：一是荷载作用的方向，另一个就是截面尺寸。并用算例说明结构中L形截面柱不宜用的太多，它不利于结构的整体抗侧移能力的提高。同时尽可能使结构平面布置要规则。本文所做的相关分析仅为设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 异形柱国内外研究状况
• 1.3 异形柱结构研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 异形截面柱力学分析
• 2.1 异形截面柱形状与截面性质
• 2.2 异形截面柱双向纯弯曲力学分析
• 2.2.1 L形截面柱双向纯弯曲力学分析
• 2.2.2 L形截面柱双向纯弯曲时的中性轴位置
• 2.2.3 T形、十字形截面柱双向纯弯曲力学分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 结构中异形柱抗侧刚度分析
• 3.1 一端固定，另一端自由的 L 形截面柱变形分析
• 3.2 结构中 L 形截面柱抗侧刚度推导模型
• 3.3 结构中 L 形截面柱抗侧刚度分析
• 3.4 实际结构中的异形柱抗侧刚度
• 3.5 本章小结
• 第四章 水平荷载作用下异形柱结构变形分析
• 4.1 风荷载作用下异形柱结构变形分析
• 4.1.1 风荷载简介
• 4.1.2 有限单元法基本概念
• 4.1.3 空间梁单元刚度矩阵
• 4.1.4 异形柱结构的有限元模型的建立
• 4.1.5 风荷载作用下异形柱结构变形分析
• 4.1.6 风荷载作用下异形柱结构层间侧移分析
• 4.2 异形柱结构两正交主轴抗侧刚度大小分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 异形柱结构抗侧刚度应用及其影响因素分析
• 5.1 异形柱结构中整体抗侧刚度
• 5.2 按剪力分配法计算柱端剪力算例验证
• 5.3 荷载作用方向对异形柱抗侧刚度影响
• 5.3.1 荷载作用方向对 L 形柱抗侧刚度影响
• 5.3.2 荷载作用方向对 T 形、十字形柱抗侧刚度影响
• 5.3.3 荷载作用方向对矩形柱抗侧刚度影响
• 5.4 截面形状对异形柱抗侧刚度影响
• 5.4.1 L形截面肢高厚比的变化对抗侧刚度影响
• 5.4.2 T形截面肢高厚比的变化对抗侧刚度影响
• 5.4.3 十字形截面肢高厚比的变化对抗侧刚度影响
• 5.5 构件截面结果性质分析
• 5.6 异形柱结构算例
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 致谢