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地震作用下高层柔性连接连体结构碰撞反应分析

作　者: 姚江强
导　师: 桂国庆；李永华
学　校: 南昌大学
专　业: 结构工程
关键词: 多塔连体结构柔性连接连廊碰撞反应非线性时程分析
分类号: TU973.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,随着建筑形式的多样性发展和基于对单体建筑使用功能的要求,许多单体建筑在顶部或中部采用大跨钢桁架相连,形成上部带1-2层连廊的连体建筑,其早期的连接形式一般为刚接。但大跨度刚性连接的连体结构在温差变化时连体桁架内将产生巨大的温度应力,而且刚性连接会增加地震动作用下连体结构的扭转耦联。为克服这些问题,最近有些专家对连接形式进行了新的尝试,推出了一些柔性连接的工程实例。柔性连接主要指塔楼与连廊之间采用弹性连接支座进行连接,这可有效地减小温度应力和地震作用下的结构扭转耦联,但也带来一些新的问题,如强震作用下连接体与塔楼的碰撞、连廊的塌落等。本文以一大跨度柔性连接多塔连体结构(连接支座部分为铰接固定、部分为弹塑性连接)为研究对象,采用非线性时程分析方法,研究了柔性连接连体结构在罕遇地震作用下的碰撞反应,主要研究内容如下：1.由于多塔连体建筑单元数目一般较大,在普通的PC机上,弹性动力时程分析都难以实现,更不用说弹塑性时程分析,故需对塔楼模型做简化处理,即先采用EPDA弹塑性时程分析软件对单个塔楼进行指定烈度罕遇地震作用下弹塑性动力时程分析,得出塔楼顶部弹塑性位移；然后按相同烈度地震作用下同一个塔楼塔顶的弹性动力分析位移与弹塑性动力分析位移基本相等的原则,对塔楼混凝土的弹性模量进行折减,这样就可用弹性的方法近似表示塔楼在罕遇地震作用下的弹塑性变形；最后对弹性模量折减后的塔楼进行子结构缩聚,生成超单元。这样塔楼的计算单元数就可大大减小,从而大大提高了计算效率。由于连廊为钢结构,故不作任何简化,直接采用弹塑性梁单元进行精确模拟。2.对柔性连接支座的粘弹塑性滞回曲线进行等效线性化,得出相应的等效支座刚度和等效支座阻尼。3.采取ANSYS软件对整个连体结构进行6度罕遇地震作用下的非线性时程反应分析,得出支座的最大位移,然后以支座的最大位移作为碰撞临界间隙。4)考虑到地震发生强度的不可预测性,将地震加速度峰值分别提高1.5倍和2倍,采用KELVIN碰撞模型来模拟连廊与塔楼之间可能发生的碰撞,再次对整个连体结构进行非线性时程反应分析,计算碰撞情况下的整个连体结构的动力响应。5.碰撞反应分析结果表明：连廊上部碰撞对连体桁架产生的内力与重力荷载作用下桁架内力符号一致,内力相互叠加,而下部碰撞对连体桁架产生的内力与重力荷载作用下的内力符号正好相反,内力相互抵消,所以上部碰撞对连廊结构的破坏远比下部碰撞严重。本算例模型采用的是部分铰接、部分弹性连接,且连接支座具有一定的刚度和阻尼,从计算结果来看,碰撞反弹并没有造成连接支座在反方向产生很大的位移,从而避免了连廊的塌落,这说明只要支座设计合理,完全可避免连廊在强震作用下发生塌落。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 引言  9
  1.2 连体结构的发展概况  9-17
    1.2.1 高层连体结构的特点  10-11
    1.2.2 高层连体结构的分类  11-13
    1.2.3 计算模型与方法的研究  13-14
    1.2.4 结构动力分析的方法  14-17
  1.3 连体结构的震害情况  17-18
  1.4 结构碰撞理论研究现状  18-21
    1.4.1 立体力学分析法  18-19
    1.4.2 接触单元法  19-21
  1.5 本文的主要研究内容  21-23
    1.5.1 工程背景  21-22
    1.5.2 主要研究内容  22-23
第2章复杂结构动力分析的子结构技术  23-31
  2.1 子结构技术的基本理论及应用  23-26
    2.1.1 概述  23
    2.1.2 子结构技术的基本理论  23-26
  2.2 子结构技术在ANSYS中的实现  26-28
  2.3 算例分析  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章多塔连体结构的动力特性分析  31-41
  3.1 计算模型的建立  31
  3.2 在ANSYS中计算单元的选取  31-36
    3.2.1 COMBIN14单元  31-32
    3.2.2 COMBIN40单元用于模拟碰撞  32
    3.2.3 BEAM188单元  32-36
  3.3 连廊的模态分析  36-38
  3.4 多塔连体结构模态分析  38-40
  3.5 小结  40-41
第4章一致激励下多塔连体结构连廊碰撞非线性时程反应分析  41-84
  4.1 模型的简化及设计资料信息  41
  4.2 人工地震波的合成  41-44
  4.3 6度罕遇地震作用下,未加碰撞单元时连廊支座位移非线性时程分析  44-49
  4.4 Kelvin碰撞单元在ANSYS中的实现  49-50
  4.5 考虑碰撞反应的非线性时程反应分析  50-81
    4.5.1 天然波一致激励下考虑碰撞反应的非线性分析  50-66
    4.5.2 人工波(wave1)一致激励下考虑碰撞反应的非线性分析  66-75
    4.5.3 人工波(wave2)一致激励下考虑碰撞反应的非线性分析  75-81
  4.6 碰撞反应分析结果  81-82
  4.7 小结  82-84
第5章结论与展望  84-86
  5.1 结论  84-85
  5.2 展望  85-86
致谢  86-87
参考文献  87-90
攻读学位期间的研究成果  90

地震作用下高层柔性连接连体结构碰撞反应分析

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