五子棋棋开花谱

超限高层结构静力弹塑性分析

来源: www.khyfdv.tw 作者:lgg 发布时间:2017-07-23 论文字数:37185字
论文编号: sb2017071821274616752 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是土木工程论文,本文以某带加强层的超高层组合框架-混凝土核心筒结构为研究对象,结合通用有限元软件 ABAQUS,建立弹塑性分析模型,采用 5 种常用的固定侧向力分布模式进行静力弹塑
第一章 绪论 
 
1.1 超高层发展现状 
随着社会经济的高速发展,城市化进程的快速提高,大量人口涌入城市,造成城市人口?#26412;?#22686;加,土地供应紧张,促使了建筑向高空中发展以拓展人类的生存空间,在有限的土地资源上建造更大面积的建筑,高层及超高层建筑应?#30805;?#29983;。高层及超高层建筑节约了能源,提高了土地利用效率,美化了城市的空间环?#24120;?#20943;少了市政基础设施,成功解决了大城市的拥挤问题。同时,近现代以来科学技术不断发展,机械化、电气化以及高强轻质材料在建筑中的广泛应用为超高层建筑发?#22266;?#20379;了技术支持。超高层建筑更是一个国家社会发展的象征。 国外超高层建筑的起步较早,早在 19 世纪末,美国就建成了世界上第?#27426;?#36229;高层建筑——曼哈顿人寿保险大厦,高度约为 106m,这标志着超高层建筑发展阶段的到来。随后在 1931 年美国建造了世界上第一高楼——帝国大厦,高381m 的,这极大的推动了超高层建筑的发展[1]。我国超高层的建设开?#21152;?19 世纪 70 年代,突出的例子是建造于 1976 年的广州白云宾馆,高度为 115m[2]。我国超高层建筑的起步虽晚,但发展却非常迅速。近几十年来,我国逐步建成了一批超高层建筑,包括地上 88 层的金茂大厦(总高度 420 m)、地上 103 层的广州西塔(总高度 432m)、地上 101 层的上海环球金融中心(总高度 492m)、地上 124 层的上海中心(总高度 632m)、地上 125 层的武汉绿地中心(总高度 606m)、地上 120层的深圳平安国?#24335;?#34701;中心(总高度 648m)。到 2012 年底,我国建造成高度在250m 以上的超高层建筑?#24067;?94 ?#20445;?013—2018 年,我国计划建造成的高度超过 250m 的超高层建筑?#24067;?164 ?#20445;?#39640;度 300~400m 的超高层建筑数量明显增多,约占超高层总数的 43%[3]。毫无疑问,我国超高层建筑正处于飞速发展时期。 
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1.2 超高层 
Pushover 分析意义 地震作为一种突发性灾害,一直都是给人类的财产安全生命安全带来严重危害的重大自然灾害之一。与世界其他国家相比,我国处于世界两大地震带——欧亚地震带和环太平洋地震带之间,属于地震频发区域。根据不完全统计,20 世纪以来,我国共有包括唐山?#24615;?#20869;的 20 多座城市毁于地震,带来了大量的人员伤亡和巨大?#26408;?#27982;损失。例如 2008 年 5 月 12 日发生在四川的“5·12”汶川 8.0级大地震,造成了远大于唐山大地震?#26408;?#22823;损失,地震带来高达 7 万人的死亡人数,37 万人受伤,直接经济损失高达上千亿人民币;2010 年 4 月 14 日发生在青海省玉树藏族自治州内的里氏 7.1 级地震,导致 2698 人遇难,270 人失踪;2013年 4 月 20 日发生在四川雅安的 7.0 级地震,导致 200 万人受灾,1.7 万余户房屋倒塌,造成经济损失上千万元。 早期的工程抗震研究主要集中于减少罕遇地震下人员的伤亡和建筑物的倒塌。随着人类与地震的不断斗争,人们逐渐认识到除了大震作用下人员伤亡与建筑倒塌以外,?#34892;?#22320;震作用下建筑的正常使用功能的丧失带来?#26408;?#27982;损失同样值得关注。并且随着经济和科技的发展,当建筑内的信息技术装备、装修和非结构构件等的价值逐渐超过结构本身的费用时,这个问题就变得更加重要。因此,引起了各国学者和工程人员对现有抗震设计理论的深刻?#27492;跡?#20419;使人们寻找更优的抗震设计思想,满足结构在可能遇到的地震作用下的功能目标,并将结构的损坏控制在一定程度内。不仅确保生命安全,并且确保经济损失最小。基于以上背景,美国学者 Bertero 等于九十年代提出了基于性能的(Performance-based)抗震设计思想。该思想为结构抗震设计的发展指明了方向,能够适应人们对结构抗震的需求,迅速得到了广大学者和工程人员的关注,并且被包括我国在内的多个国家引入了抗震设计规范[4]。而准确预测结构在中震和大震作用下的弹塑性响应是实现性能化抗震设计的关键。因此,随着基于性能抗震设计思想的提出和发展,结构弹塑性分析方法(结构静力弹塑性分析和结构动力弹塑性时程分析)得到了大?#19994;?#20851;注。结构动力弹塑性时程分析方法不但可以考察结构的整体变?#21361;?#32780;且能够找出结构的薄弱环节,无疑是相对较可靠、较理想的抗震分析方法。但由于其分析技术复杂,计算工作量大,且许多问题在理论上还有待改进(如输入地震动及构件?#25351;?#21147;模型等),因此目前弹塑性时程法的应用尚不普及,通常仅限于理论研究中。结构静力弹塑性分析(Pushover  Analysis)方法,它使用了静力分析来代表动力荷载和往?#24162;湫危?#20351;该方法具有简单易操作而且计算效率高等特点,且精度相对能够满足工程需求。因此,该方法是一种应用前景相当广泛的结构抗震性能分析方法。 
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第二章 Pushover 分析方法的基本理论 
 
2.1 引言 
结构静力弹塑性分析(Pushover)方法,是实现结构抗震性能设计的重要方法,能够对结构的弹塑性抗震性能进行检查?#25512;?#20272;,预测结构在罕遇地震作用下的塑性发展?#25512;?#22351;机制,从而为抗震设计工作提供建议和依据[4]。静力弹塑性分析方法本质上是一种静力分析方法,它的基本思想就是将地震作用等效成水平静力荷载,逐级加载,得到结构塑性发展?#25512;?#22351;的全过程。Pushover 分析不能直?#25317;?#21040;结构在特定地震作用下的位移,它还需要结合相应的弹性或弹塑性反应谱,才能确定结构的目标性能点,从而对结构的抗震性能进行评估。 本章主要对静力弹塑性分析的基本原理和假定、侧向力分布模式、单自由度体系的建立和目标位移的求解进行概述和讨论,为第四章的 Pushover 分析提供理论基础。
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2.2 基本原理和假定
静力弹塑性分析方法,是指对结构模型首先施加竖向重力荷载并保持不变,同时施加近似代表地震惯性力的沿结构高度呈某种分布的水平侧向荷载,逐步增大水平荷载,对结构进行逐级加载,直到结构到达目标位移或破坏,得到结构的基底剪力 Vb-顶点位移 ur曲线(Pushover 曲线),结合需求谱求取结构的性能点,根据结构在性能点的塑性状态和相关性能水准,判断结构?#26576;性?#21147;和变形是否满足抗震需求。 静力弹塑性分析方法的理论基础从严格上讲是不?#21414;?#30340;,一般基于以下两个基本假定[4]: (1)  结构的地震反应与一个等效单自由度体系相关,即地震反应主要由第一振型控制,其余振型的影响可以忽略不计; (2)  在地震过程中,由形状向量 φ 表示结构沿高度的变?#21361;?#24182;且形状向量 φ保持不变。 虽然对于实际结构而言,这两个假设是不准确的,但已有研究表明,上述假定在用于静力弹塑性分析时,能够较好的评估结构的抗震性能。  
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第三章  Pushover 分析有限元模型建立 ....27 
3.1  引言 ...... 27 
3.2  工程概况 ....... 27 
3.3  结构有限元模型建立 ..... 29 
3.3.1  材料模型 ...... 29 
3.3.2  构件模型 ...... 37
3.3.3  整体模型 ...... 38 
3.4  模型的模态分析 .... 39
3.5  本章小结 ....... 40
第四章  超高层结构 Pushover 分析中加载模式对比研究 ..........41 
4.1  引言 ...... 41 
4.2  不同侧向力分布模式分析对比 ....... 42
4.3  结构抗震性能分析 ......... 48
4.4  本章小结 ....... 52 
第五章  基于?#36130;?#35774;计谱的 Pushover 分析 ........55 
5.1  引言 ...... 55 
5.2  本工程场地?#36130;?#35774;计谱 .......... 55
5.3  基于?#36130;?#35889;的抗震分析 .......... 57
5.4  本章小节 ....... 63 
 
第五章 基于?#36130;?#35774;计谱的 Pushover 分析 
 
5.1 引言 
工程场地地震安全性评价报告(简称“?#36130;?#25253;告”),是指根据国家标准《工程场地地震安全性评价》对工程项目场地以及场地周围的地震与地震地质环境进行调查、对场地地震工程地质条件进行勘测,然后通过地震地质、地球物理、地震工程等多学科资料的综合评价和分析计算,按照工程类型、性质、重要性,科学合理地给出与工程抗震设防要求相应的地震动?#38382;?#20197;及场址的地震的地震地质灾害预测结果。由此可以看出,?#36130;?#25253;告给出的设计谱是针对某工程项目场地的,按?#36130;?#25253;告给定?#26576;?#22320;设计谱进行结构计算,应该比规范给出设计谱曲线更合乎本场地的?#23548;是?#20917;。 本章在对结构进行抗震性能分析时,选用前面振型组合分布模式对应的Pushover 曲线,并采用本工程场地的?#36130;?#25253;告中给出的设计谱(简称“?#36130;?#35889;”)代替抗震规范中提供的设计谱(规范谱)来确定结构的性能点,对结构进行抗震性能分析,并与动力弹塑性时程分析结果进行对比。
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结论 
 
1、采用大型有限元软件 ABAQUS 建立了超高层结构的弹塑性空间模型,并与 SATWE 软件的模型进行对比,验证了模型?#26408;范取?nbsp;
2、以天津市某带加强层的超高层组合框架-混凝土核心筒结构为例,对超高层结构中,影响 Pushover 分析方法准确性的侧向力分布模式进行了研究,结果表明:5 种侧向力分布模式的 Pushover 分析均能很好的反映结构在罕遇地震作用下的变形特点,除均匀分布外,其它 4 种侧向力分布模式的最大层间位?#24179;?#19982;动力弹塑性时程结果的误差在 10%以内,Pushover 分析方法在超高层结构中有一定?#26408;?#24230;和适用性;均匀分布方式和指数分布模式基本能够囊括结构基底剪力-顶点位移曲线和层间位?#24179;?#26354;线的上限和下限,在实际工程中具有指?#23478;?#20041;;振型组合分布模式下 Pushover 分析对结构最大层间位?#24179;?#21644;整体层间位移反应的计算精度最高,建议采用;建议在层数较多时倒三角分布模式应该引入顶部附加水平地震作用;为?#30805;?#32467;构的抗震性能有全面了解,建议最少用两种以上的侧向荷载分布方式对结构进行弹塑性静力分析。 
3、采用精度最高的振型组合侧向力分布模式分析了结构的抗震性能,结果表明:结构具有良好的整体抗震性能,能满足抗震设防要求,?#20197;?#32597;遇地震作用下具有一定的安全储备;结构的剪力?#38454;?#19979;至上均匀地设置了连梁开洞,在罕遇地震下形成良好的连梁屈服耗能机制,罕遇地震作用下形成了梁铰机制,发挥了耗能的作用,有效保护了核心筒;结构的加强层能有效地提高结构的抗侧刚度,但会使加强层附近楼层产生地震力集中,形成薄弱层。
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参考文献(略)

原文地址:http://www.khyfdv.tw/civil/)查找


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