巨型RC柱、钢桁架梁混合框架结构抗震性能研究

论文摘要

巨型框架结构是一个建筑中由几个大型结构单元所组成的主结构与其它结构单元组成的次结构共同工作,从而获得更大稳定性和更高效能的高层建筑结构体系。巨型框架结构是一种新型的超高层建筑结构体系,属于大型复杂结构,其受力性能、地震破坏机理、力学分析以及结构设计等比普通框架结构要复杂得多。本文通过模型振动台试验研究和有限元数值计算分析,对巨型框架结构的抗震性能问题进行了深入研究。振动台试验模型设计依据重庆西永综保区监管大楼按1:35几何相似比缩尺,以主要满足抗侧刚度相似要求确定相似关系,模型制作采用白铁皮代替钢完成钢结构的制作。在输入不同强度地震波的作用下,完成了模型结构破坏机理、弹性和弹塑性地震反应的振动台试验研究。试验结果表明,结构底层为该结构的薄弱部位,钢桁架与剪力墙相连部位在超设计强度地震作用下会出现破坏,结构总体抗震性能良好,满足抗震要求。通过建立振动台试验的有限元数值模型,对振动台模型结构进行了模态分析、弹性和弹塑性时程分析,并将计算结果与振动台试验结果进行对比,通过分析表明有限元分析方法用来模拟结构的动力响应是可行的。钢桁架转换层受力的影响因素主要与巨型柱和巨型梁的刚度相关,通过分析表明,巨型柱刚度越大,桁架受力越小;改变桁架弦杆刚度,对钢桁架受力影响明显,而改变腹杆刚度,钢桁架受力变化较小;桁架层高越大,钢桁架各杆件受力越小。对桁架上部梁刚度及腹杆形式的进行研究表明,腹杆为人字式较交叉式受力大很多,而当将交叉式的竖腹杆去除后对整体桁架的受力没有太大的影响;随着钢桁架上部梁刚度的增加,钢桁架构件的受力也有所增加,所以应注意控制上部钢框架梁刚度,使其不会对桁架受力形成太大的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 国、内外高层建筑的发展
• 1.1.1 高层建筑的发展历程
• 1.1.2 高层建筑的发展趋势
• 1.1.3 巨型框架结构的发展现状
• 1.2 高层建筑结构抗震概念的发展及研究方法
• 1.2.1 建筑结构抗震概念的发展
• 1.2.2 高层建筑结构抗震研究方法
• 1.3 巨型框架结构研究现状
• 1.4 选题背景
• 1.5 本文主要解决的问题及论文安排
• 1.5.1 本文主要解决的问题
• 1.5.2 本文章节安排
• 2 巨型框架结构模型振动台试验试件设计及试验方案
• 2.1 原型结构概况
• 2.2 模型设计与制作
• 2.2.1 模型设计原则
• 2.2.2 试验模型施工
• 2.2.3 试验模型
• 2.3 试验装置与测试内容
• 2.3.1 模拟地震振动台系统简介
• 2.3.2 测试设备及仪器
• 2.3.3 台面激励
• 2.3.4 测点布置
• 2.3.5 试验步骤
• 2.4 本章小结
• 3 振动台试验结果及分析
• 3.1 试验现象
• 3.1.1 六度多遇地震阶段
• 3.1.2 六度设防烈度阶段
• 3.1.3 六度罕遇烈度阶段
• 3.1.4 0.45g 罕遇地震阶段
• 3.1.5 0.66g 罕遇地震阶段
• 3.1.6 0.93g 罕遇地震阶段
• 3.1.7 正弦波激励阶段
• 3.2 模型试验结果及分析
• 3.2.1 模型结构动力特性
• 3.2.2 模型结构位移反应
• 3.2.3 模型结构的扭转反应
• 3.2.4 模型加速度反应
• 3.2.5 模型结构应变反应
• 3.3 本章小结
• 4 巨型框架结构数值模拟及抗震性能分析
• 4.1 有限元软件介绍
• 4.2 模型结构数值模拟
• 4.2.1 弹性数值模拟
• 4.2.2 弹塑性数值模拟
• 4.3 不同刚度比巨型框架结构抗震性能分析
• 4.3.1 动力特性
• 4.3.2 反应谱分析
• 4.4 钢桁架受力影响因素分析
• 4.4.1 算例设计
• 4.4.2 巨型柱刚度影响
• 4.4.3 巨型梁刚度的影响
• 4.4.4 其他影响因素
• 4.5 本章小结
• 5 结论与设计建议
• 5.1 结论
• 5.2 设计建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.测点布置及编号
• B.各工况下各楼层最大位移角
• C.各工况下楼层最大加速度反应
• D.各工况下楼层顶部位移时程
• E.各工况下楼层顶部加速度时程
• F.作者在攻读学位期间发表的论文目录