空間異形柱框架抗震性能的研究.pdf

1、隨著生活水平步入小康，人們要求提高空間利用率以獲得盡量多的使用空間。把柱的截面設(shè)計(jì)成“L”，“T”及“+”字形，使填充墻與柱壁同厚，柱處不出現(xiàn)凸出的棱角，室內(nèi)空間有效利用率可大大提高。由于異形柱框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)外在異形柱及異形柱平面框架方面已有不少研究，但異形柱空間框架性能的研究尚處于初步探索階段。為了能在實(shí)際工程中更好地運(yùn)用這類結(jié)構(gòu)，本文提出一種空間異形柱框架結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析方法，并結(jié)合單向及反復(fù)推覆分析方法對(duì)空間異形柱框

2、架結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行分析，然后在推覆分析的基礎(chǔ)上做一定的動(dòng)力時(shí)程計(jì)算，另外還做了一些試驗(yàn)研究。 本文具體的內(nèi)容有： 1.空間異形柱框架結(jié)構(gòu)非線性有限元分析理論 首先假設(shè)框架梁與柱符合平截面假定、鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)可靠、忽略裂縫中骨料之間的咬合力、鋼筋無(wú)橫向抗剪作用、忽略橫向剪切變形及扭轉(zhuǎn)變形。然后確定反復(fù)加卸載時(shí)鋼筋與混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系。針對(duì)該框架特點(diǎn)，對(duì)框架作適當(dāng)?shù)膯卧獎(jiǎng)澐?，并將異形截面劃分為幾個(gè)規(guī)則

3、的矩形區(qū)域，然后運(yùn)用組合層合單元、分區(qū)離散截面法及主從系統(tǒng)中的偏心轉(zhuǎn)化法對(duì)異形截面的矩形區(qū)域進(jìn)行分離與組合，并用子結(jié)構(gòu)法及靜力凝聚法提高計(jì)算效率?；炷僚c鋼筋采用差量疊加式模型。根據(jù)非線性有限元原理，結(jié)合增量物理方程和增量幾何方程，提出簡(jiǎn)化非線性計(jì)算模型，探討能較正確、全面描述空間異形柱框架結(jié)構(gòu)工作時(shí)的抗震性能的方法。 2.空間異形柱框架結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析程序 在對(duì)異形柱框架抗震性能研究中運(yùn)用靜力推覆分析。在推覆分析過(guò)程

4、中用逐步加減位移的自修正法來(lái)控制卸載及再加載，使負(fù)剛度階段的計(jì)算得以實(shí)現(xiàn)。以頂層上的水平荷載為基準(zhǔn)，其它各層上的水平荷載按倒三角的比例關(guān)系施加。當(dāng)空間框架受到的水平力與某水平坐標(biāo)軸有一小于等于45°夾角時(shí)，以頂層位移量在該軸方向的分量作為控制量并得到此時(shí)該軸方向的水平力分量，然后由該軸方向的水平力分量結(jié)合保證水平力方向角不變的條件得到另一水平坐標(biāo)軸方向上的水平力分量。為避免材料本構(gòu)關(guān)系的轉(zhuǎn)折帶來(lái)計(jì)算波折，并且為便于判斷加卸載，在各級(jí)荷載

5、的各自修正循環(huán)步中進(jìn)行多次材料狀態(tài)分析與取值，取值過(guò)程用割線模量搜索。在空間異形柱框架非線性有限元基礎(chǔ)上編制推覆分析程序，并對(duì)程序的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。 3.空間異形柱框架與矩形柱框架結(jié)構(gòu)抗震性能的比較研究 通過(guò)對(duì)異形柱框架與矩形柱框架結(jié)構(gòu)模型的靜力推覆分析，將異形柱框架的抗震性能與矩形柱框架的抗震性能的比較研究得到各類結(jié)構(gòu)在破壞過(guò)程、承載力、側(cè)向位移、延性、扭轉(zhuǎn)、滯回性能、剛度退化以及內(nèi)力特點(diǎn)等方面的抗震性能的共同點(diǎn)與不

6、同點(diǎn)。研究得到的結(jié)構(gòu)抗震性能可以對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)選型有一定的參考作用。 4.荷載對(duì)空間異形柱框架抗震性能影響的靜力推覆分析研究 通過(guò)對(duì)在不同方向角的水平力作用下的異形柱框架模型、在不同布置方式的豎向荷載作用下的異形柱框架模型及不同軸壓比下的異形柱框架模型進(jìn)行靜力推覆分析，得到在各類荷載作用下異形柱框架結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程、承載力、側(cè)向位移、延性、抗扭性能、滯回性能及剛度退化等方面的抗震性能。研究得到的結(jié)構(gòu)抗震性能可以對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的荷

7、載處理有一定的參考價(jià)值。 5.結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)空間異形柱框架抗震性能影響的靜力推覆分析研究 通過(guò)對(duì)不同截面肢長(zhǎng)寬比、不同柱截面配筋方式、不同柱全截面配筋率及不同梁截面配筋率下的異形柱框架模型進(jìn)行靜力推覆分析，得到具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的異形柱框架結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程、承載力、延性、側(cè)向位移、扭轉(zhuǎn)、滯回性能及剛度退化等方面的抗震性能。研究得到的結(jié)構(gòu)抗震性能可以對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)控制有一定的參考依據(jù)。 6.空間異形柱框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力時(shí)程

8、分析 在倒三角布置的水平荷載下反復(fù)推覆計(jì)算，得到第一振型下異形柱框架的恢復(fù)力模型，并根據(jù)動(dòng)力時(shí)程分析理論，編制動(dòng)力計(jì)算程序。運(yùn)用該程序分別對(duì)多個(gè)空間異形柱框架模型在8度設(shè)防烈度的EL-centro地震波作用下的結(jié)構(gòu)作了動(dòng)力時(shí)程分析并得到空間異形柱框架的動(dòng)力性能。 7.空間異形柱框架結(jié)構(gòu)性能的試驗(yàn)研究 通過(guò)對(duì)單跨單層的空間異形柱框架模型在兩個(gè)不同方向水平力作用下的偽靜力試驗(yàn)，研究空間異形柱框架在低周反復(fù)荷載作用下的