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筒体结构剪力滞后效应研究及其简化分析

作　者: 高雁
导　师: 李正良
学　校: 重庆大学
专　业: 工程力学
关键词: 剪力滞后效应 筒体 简化分析
分类号: TU973.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 190次
引　用: 2次
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内容摘要


自1964年Fazlur Khan设计第一座高层框筒建筑以后,筒体结构被广泛应用于高层建筑中。但由于筒体结构在水平荷载作用下存在一个特殊的性质——剪力滞后效应,降低了结构的整体空间刚度,使得筒体结构向更高的高度发展的时候存在困难,筒体结构的结构分析备受学者关注。经典的弯曲理论对筒体结构并不适用,所以对筒体结构剪力滞后效应的研究具有重要的意义。半个世纪以来,国内外许多学者对其进行了研究,但其中关于剪力滞后效应产生原因的资料却很少。只有弄清问题的本质才能以正确的方法解决它,因此本文对剪力滞后效应产生的原因进行了详细的研究。简化分析方法是用于结构方案和初步设计时对结构进行估算的一种简化方法。考虑剪力滞后效应的简化分析方法对指导工程设计有重要的意义。因此本文也对筒体结构考虑剪力滞后效应的简化分析方法进行了改进。本文基于连续化的假定,根据空间薄壁结构理论,考虑剪力滞后效应建立统一的位移场;再应用能量变分原理建立筒体结构的控制微分方程组;然后应用矩阵解法求出微分方程组的解。本论文的主要内容如下:①利用大型有限元分析软件ANSYS分析比较不同截面筒体结构在水平荷载作用下的剪力滞后效应。②对筒体结构剪力滞后效应的发生机理进行阐述,找到引起剪力滞后效应的主要原因,并对结构设计提出一些建议。③改进筒体结构考虑剪力滞后效应的简化分析方法:选取新的广义位移函数,建立统一的位移场,应用能量变分原理建立控制微分方程组,矩阵解法求解时系数矩阵由离散化方法求得,解出微分方程组的解,并与ANSYS的计算结果相比较。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 本课题研究的背景及意义  8
  1.2 筒体结构剪力滞后效应概述  8-13
    1.2.1 筒体结构剪力滞后效应概念  8-10
    1.2.2 筒体结构剪力滞后效应研究发展概况  10
    1.2.3 国内外研究现状  10-11
    1.2.4 常规设计方法  11-13
  1.3 本课题的研究目的,内容及方法  13-14
2 筒体结构剪力滞后现象研究  14-28
  2.1 已有研究成果  14-15
    2.1.1 剪力滞后效应及内力分布  14-15
    2.1.2 变形规律  15
  2.2 不同截面剪力滞后效应比较  15-24
    2.2.1 矩形截面筒体  15-18
    2.2.2 八边形截面筒体  18-19
    2.2.3 椭圆形截面筒体  19-20
    2.2.4 圆形截面筒体  20-23
    2.2.5 结论  23-24
  2.3 角柱对剪力滞后效应的影响  24-26
    2.3.1 有无角柱对剪力滞后效应的影响  24-25
    2.3.2 不同截面角柱对剪力滞后效应的影响  25-26
  2.4 对剪力滞后效应的再认识及对结构设计的一些建议  26-27
    2.4.1 剪力滞后效应产生机理  26-27
    2.4.2 对结构设计的一些建议  27
  2.5 减小剪力滞后效应的方法  27
  2.6 小结  27-28
3 筒体结构考虑剪力滞后效应的简化分析  28-58
  3.1 引言  28
  3.2 基本假定与模型简化设定  28-30
    3.2.1 框筒结构的等效连续化模型  28-29
    3.2.2 核心筒结构的等效连续化模型  29-30
  3.3 筒体结构位移场  30-37
    3.3.1 形变理论  30-31
    3.3.2 物理方程  31-32
    3.3.3 筒体结构考虑剪力滞后效应的位移场  32-34
    3.3.4 位移模式的合理性  34-36
    3.3.5 广义位移函数选取  36-37
  3.4 能量泛函  37-39
    3.4.1 筒体的形变势能及外力势能  37-38
    3.4.2 筒体能量泛函表达式  38-39
  3.5 微分方程组的建立  39-41
    3.5.1 变分原理建立微分方程组  39-40
    3.5.2 变分原理建立边界条件  40-41
  3.6 微分方程组的矩阵解法  41-48
    3.6.1 微分方程组的矩阵形式  41-43
    3.6.2 边界条件的矩阵形式  43-44
    3.6.3 求解微分方程组  44-48
  3.7 考虑两种特殊情况  48-54
    3.7.1 水平集中力作用在对称结构顶端  48-51
    3.7.2 水平均布荷载作用在对称结构  51-53
    3.7.3 水平集中力及均布荷载同时作用在对称结构  53-54
  3.8 算例  54-56
  3.9 小结  56-58
4 结语  58-60
  4.1 完成的主要工作  58
  4.2 主要结论  58-59
  4.3 后续研究工作的展望  59-60
致谢  60-62
参考文献  62-66
附录  66-67
独创性声明  67
学位论文版权使用授权书  67

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 结构类型与体系 > 筒体体系
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