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钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究

作　者: 张伟
导　师: 梁兴文
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 异形截面柱框架结构抗震性能层间侧移角延性弹塑胜时程分析轴压比最大适用高度
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

随着城市建设的发展，出现了很多新型的建筑结构形式，钢筋混凝土异形柱框架结构就是其中之一。这种结构以室内不出现楞角、便于家具布置、扩大房间的有效使用面积等优点，在我国许多城市得到推广和应用。本文在前人研究成果的基础之上，就钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能，按照从构件到结构的顺序展开研究，主要内容如下：第一，针对异形柱的特点，对影响结构抗震性能的主要参数，如层间位移角、轴压比等进行研究。根据对前人试验数据的统计分析，给出了适用于异形柱框架结构的弹性和弹塑性层间位移角限值分别为1／550和1／75；指出了异形柱框架结构的层间变形能力介于普通矩形柱框架结构和剪力墙结构之间；以T形柱为例，推导了异形柱轴压比限值的计算公式，通过与等面积矩形柱的对比分析，认为异形柱的轴压比限值与其截面尺寸的比例关系有关；当腹板受压或翼缘受压时，T形柱轴压比限值存在较大差异；不同的荷载角作用，轴压比限值变化较大；矩形柱的轴压比限值要大于异形柱的轴压比限值。第二，将衡量结构在大震作用下抗震性能的重要指标——延性引入到异形柱抗震性能的研究中，分别推导了异形柱截面的屈服曲率和极限曲率计算公式，给出了腹板受压和翼缘受压时的延性计算公式；采用线性回归的方法，利用Excel软件对计算公式进行了简化，并与矩形柱延性公式进行对比，分析比较了二者的异同点，从理论上说明了异形柱变形能力不如矩形柱的原因。第三，按照抗震规范(GB50011-2001)的相关规定，用振型分解反应谱法和弹性动力时程分析法，对钢筋混凝土异形柱框架结构进行了多遇地震下的计算分析。用各项控制指标，如周期、剪压比、轴压比、层间位移角等进行对比分析，给出在8度区该结构的最大可建造层数和最大适用高度。第四，采用杆系模型编制的平面结构弹塑性地震响应分析程序NDAS2D，对钢筋混凝土异形柱框架结构进行了弹塑性动力时程分析。推导了异形柱屈服面计算公式；选取了24条地震波，以场地类别作为划分依据，编制了相应的程序，计算并绘制了梁柱塑性铰出铰位置和顺序图，认为钢筋混凝土异形柱框架结构表现出典型的“强柱弱梁”特性。对同一个结构采用不同的地震波进行计算分析，发现不同的地震波引起的结构时程反应相差较大，有些甚至相差数倍。因此，地震波的选取要针对具体的场地条件，选取接近该场地条件特性的地震波，且应有一定的数量，不能以少量地震波的计算结果作为最终评定结构抗震性能的依据。计算结果表明，对于8层钢筋混凝土异形柱框架结构(柱肢高厚比在3～4范围内)，除了Ⅳ类场地的若干条地震波不满足要求外，其它情况层间位移角均满足要求。

全文目录

第一章绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 国外对钢筋混凝土异形柱的研究进程  10-11
  1.3 国内对钢筋混凝土异形柱的研究进程  11-15
    1.3.1 北京工业大学曹万林在钢筋混凝土异形柱方面的研究  11-12
    1.3.2 天津市异形柱框轻结构规程编制组的研究  12-13
    1.3.3 广东省《钢筋混凝土异形柱设计规程(DBJ／T15-15-95)》的研究  13-14
    1.3.4 上海市宽肢异形柱结构体系的研究  14
    1.3.5 其他研究机构对钢筋混凝土异形柱结构体系的研究  14-15
  1.4 本论文的研究内容  15-16
  参考文献  16-19
第二章钢筋混凝土异形柱框架结构的层间位移角限值及轴压比限值的分析  19-39
  2.1 引言  19
  2.2 钢筋混凝土异形柱框架设计的一般原则  19-21
    2.2.1 “三水准，二阶段”的设计思想  19-20
    2.2.2 钢筋混凝土异形柱框架结构的二阶段设计方法和一般原则  20-21
  2.3 钢筋混凝土异形柱框架结构的层间位移角限值  21-27
    2.3.1 各国规范对于层间位移的相关规定  21-22
    2.3.2 控制层间变形的参数  22-23
    2.3.3 层间弹性位移角限值的取值依据  23-24
    2.3.4 层间弹塑性位移角限值的取值依据  24-27
  2.4 钢筋混凝土异形柱轴压比的讨论  27-37
    2.4.1 各国规范对于柱轴压比的相关规定  27-29
    2.4.2 柱轴压比限值的由来和公式推导  29-34
    2.4.3 相关规程及研究对异形柱轴压比限值的规定及本文的取值  34-37
  2.5 本章小结  37
  参考文献  37-39
第三章钢筋混凝土异形柱的延性分析  39-71
  3.1 引言  39
  3.2 延性的基本概念  39-41
    3.2.1 延性的定义  39
    3.2.2 延性的指标  39-40
    3.2.3 影响延性的因素  40-41
    3.2.4 延性概念对结构抗震的含义  41
  3.3 约束混凝土和钢筋的应力-应变关系和基本假定  41-42
    3.3.1 约束混凝土和钢筋的应力-应变关系  41-42
    3.3.2 计算的基本假定  42
  3.4 箍筋对异形柱约束作用的研究  42-46
    3.4.1 矩形柱箍筋的约束作用  42-43
    3.4.2 异形柱箍筋的约束作用  43-46
  3.5 T形柱截面曲率的计算  46-62
    3.5.1 屈服曲率的计算  46-53
    3.5.2 极限状态的曲率计算  53-59
    3.5.3 屈服状态时的曲率计算公式简化  59-62
  3.6 T形柱截面曲率延性实用计算公式  62-66
  3.7 T形柱曲率延性计算公式的验证  66-70
  3.8 本章小结  70
  参考文献  70-71
第四章钢筋混凝土异形柱框架结构的弹性分析  71-103
  4.1 引言  71
  4.2 钢筋混凝土异形柱框架结构最大适用高度和层数的研究现状  71-72
    4.2.1 天津市钢筋混凝土异形柱结构技术规程的相关规定  71-72
    4.2.2 上海市钢筋混凝土异形柱结构研究的相关规定  72
  4.3 设计地震分组和场地类别的说明  72-73
    4.3.1 设计地震分组的由来  72-73
    4.3.2 场地类别的划分  73
  4.4 异形柱内力分析方法  73-77
    4.4.1 异形柱的单元模型  73-75
    4.4.2 框架梁的计算长度  75
    4.4.3 结构计算参数的选取  75-77
  4.5 几个常用结构计算软件关于异形柱设计功能的比较  77
  4.6 PKPM软件中异形柱正截面设计的理论依据  77-78
  4.7 弹性分析的计算方法  78-82
    4.7.1 振型分解反应谱法  78-81
    4.7.2 弹性动力时程反应法  81-82
  4.8 输入地震波的选择  82-83
  4.9 算例分析  83-100
    4.9.1 计算输出结果的说明  83
    4.9.2 算例概述  83-84
    4.9.3 算例1～3(2跨8层)  84-91
    4.9.4 算例4、5(3跨8层，柱肢高厚比为3、4)  91-95
    4.9.5 算例6～8(2跨6层、3跨6层)  95-99
    4.9.6 几点讨论  99-100
  4.10 本章小结  100-101
  参考文献  101-103
第五章钢筋混凝土异形柱框架结构的弹塑性时程分析  103-134
  5.1 引言  103
  5.2 弹塑性时程分析的理论基础  103-108
    5.2.1 弹塑性时程分析方法发展及现状  103-104
    5.2.2 弹塑性时程分析的基本流程和计算步骤  104-105
    5.2.3 弹塑性时程分析的力学模型  105-107
    5.2.4 弹塑性时程分析的恢复力模型  107-108
  5.3 平面结构弹塑性地震响应分析程序NDAS2D功能介绍  108-114
    5.3.1 NDAS2D程序功能和特点  108
    5.3.2 NDAS2D程序的文件管理  108-109
    5.3.3 NDAS2D程序的组织和运行顺序  109
    5.3.4 NDAS2D程序的输入文件DATA.N2D数据的说明  109-114
  5.4 钢筋混凝土框架梁和异形柱屈服面计算公式推导及程序编制  114-122
    5.4.1 钢筋混凝土框架梁和异形柱屈服面计算公式推导  114-121
    5.4.2 计算钢筋混凝土框架梁和异形柱屈服面的程序编制  121-122
  5.5 算例分析  122-132
    5.5.1 算例1～3(2跨8层)  124-129
    5.5.2 算例4、5(3跨8层，柱肢高厚比为3、4)  129-132
  5.6 本章小结  132-133
  参考文献  133-134
第六章结束语  134-137
  6.1 主要研究结论  134-135
  6.2 本课题进一步研究的问题  135-137
致谢  137

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