高层建筑结构非线性地震反应分析

论文摘要

随着我国城市建设的发展,近年来出现了越来越多的复杂高层建筑结构,有不少复杂高层建筑结构超出了现行规范的要求。对于此类结构,和一般的建筑结构相比,其受力情况比较复杂,难于在结构设计时预见结构的薄弱环节和破坏形态。因此,研究复杂高层建筑结构的抗震性能是十分必要的。本文以一实际工程作为背景,针对两种基于性能的抗震设计方法:动力非线性分析及静力非线性分析方法,开展了以下几方面的研究:（1）对现有梁、柱、剪力墙非线性单元模型进行了综合比较分析,在现有纤维模型的基础上,结合分段变刚度概念,建立了适合超高层及复杂结构非线性分析的纤维杆元模型,它由弹塑性区的纤维子单元及弹性区的弹性子单元组成,并推导了相应的刚度矩阵。（2）模态分析:本文应用PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件,采用本文提出的梁柱纤维杆元模型及剪力墙纤维墙元模型,建立了一栋复杂高层建筑结构的三维非线性分析模型,对该结构进行了模态分析,得到了该结构前20阶振型的频率与周期,并分析了各阶振型的特征。（3）动力弹塑性分析:本文应用PERFORM-3D三维结构非线性分析与性能评估软件,对该高层建筑结构进行了不同地震波作用下的动力非线性时程分析。并结合该结构在不同地震波作用下的地震反应,对该结构的抗震性能进行了评估。（4）静力弹塑性分析:本文还求解了该工程实例在三种不同水平荷载模式下的push-over计算结果,并且与动力时程分析的计算结果及反应谱分析的计算结果进行了比较。可知在弹性阶段用这三种分析方法得出的结果基本一致,在弹塑性阶段用静力和动力非线性分析方法得出的结果比较一致;说明push-over方法能对结构的弹塑性行为做出比较可靠的评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗震设计思想的发展
• 1.3 结构抗震理论的发展
• 1.3.1 静力理论
• 1.3.2 反应谱理论
• 1.3.3 动力理论
• 1.4 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
• 1.4.2 静力非线性分析
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 单元计算模型
• 2.1 概述
• 2.2 材料的本构关系
• 2.2.1 混凝土的本构关系
• 2.2.2 钢筋的本构关系
• 2.3 单元模型
• 2.3.1 梁柱宏观单元模型
• 2.3.2 本文建立的柱纤维模型
• 2.3.3 本文建立的梁纤维模型
• 2.3.4 剪力墙宏观单元模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 复杂结构弹塑性时程分析
• 3.1 分析对象简介
• 3.2 分析软件主要功能特点
• 3.2.1 建模功能
• 3.2.2 分析与性能评价功能
• 3.3 分析模型的建立
• 3.3.1 梁柱单元在PERFORM-3D中的模拟
• 3.3.2 剪力墙单元在PERFORM-3D中的模拟
• 3.4 结构性能分析
• 3.4.1 模态分析
• 3.4.2 结构在自重作用下的分析
• 3.4.3 在7 度多遇地震作用下的时程分析
• 3.4.4 在7 度罕遇地震作用下的时程分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 静力非线性分析
• 4.1 引言
• 4.2 静力弹塑性Pushover分析的基本原理
• 4.2.1 Pushover分析方法的定义
• 4.2.2 Pushover分析的基本假定
• 4.2.3 等效单自由度体系体系的建立
• 4.3 目标位移的计算方法
• 4.3.1 等效位移系数法
• 4.3.2 等效单自由度体系法
• 4.3.3 能力谱方法
• 4.4 侧向荷载加载模式
• 4.4.1 常用固定侧向荷载模式
• 4.4.2 适应性侧向荷载模式
• 4.5 Pushover分析的步骤
• 4.6 工程实例的静力非线性分析
• 4.6.1 荷载控制及侧向荷载的分布模式
• 4.6.2 提取的主要结果
• 4.6.3 计算结果比较
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）