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预应力混凝土框架结构直接基于位移的抗震设计方法的研究

作　者: 金云飞
导　师: 简斌
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 预应力框架基于位移等效阻尼比等效屈服刚度位移模式
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 41次
引　用: 1次
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内容摘要

在现代地震灾害引起巨大经济损失的新特点,同时为满足业主提出的结构不同的性态水准的背景下,直接基于位移的设计变应运而生。它是使用位移控制结构在地震作用下的行为,可以了解结构在地震作用下的实际表现而不仅是让结构具有某种程度的抗力能力。本文在总结国内外相关研究成果的基础上,阐述了基于位移的抗震设计理论及方法,总结本课题组的成果,完善了由文献[46]提出的方法,并通过算例的设计与非线性分析,来证明改进方法的合理性。主要研究工作包括:①屈服刚度。双折线滞变模型中一个重要的物理量就是屈服刚度,本文提出了一种使用小震位移反应谱求解屈服刚度的方法。首先定义结构的屈服位移为(2.5~2.7)倍的弹性位移;其次在已有的实验基础上,建议预应力混凝土框架结构屈服时刻对应的等效阻尼比ξeq= 0.065;通过理论推导,屈服时刻的地震力影响系数αmax取为0.42,则把上述参数代入位移反应谱便可以求出屈服时刻的等效周期,然后通过式k eq = (2π/ Te q )2meq求出等效刚度,其中Te q为等效周期、me q等效质量。②位移模式。在多层规则的预应力混凝土框架当中,通过悬臂柱位移模式和本文倒三角型加载力得到的位移模式的对比分析来看,两种位移模式与计算结果差别不大,且悬臂柱的侧移模式略为精确,从实际工程的运用来说,悬臂柱的侧移模式操作更简单方便。③等效阻尼比。研究发现预应力混凝土结构滞回曲线表现较强的捏拢效应,于是本课题组采用了公式来计算等效阻尼比,其中ξ为固有阻尼比、ξ∧eq滞回阻尼比、α为刚度强化系数、μ为延性系数。本文通过对比不同的等效阻尼比计算公式设计下的框架,分析发现本课题组计算出来的等效阻尼比更接近实际的等效阻尼比。④非线性分析。通过静力推覆分析和弹塑性时程分析对比研究表明不同地震波下结构有一定的差异,个别情况差异较大,但是从三条天然波和一条人工波的平均值来看,本文采用的悬臂柱侧移模式与四条波的平均值规则化以后的侧移差异不大;同时静力推覆的层位移与弹塑性时程分析的层位移有较大差异,最大差异25.1%。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-10
1 绪论  10-26
  1.1 引言  10
  1.2 抗震设计的发展阶段  10-11
  1.3 基于性能的抗震设计思想  11-12
  1.4 基于位移的设计思想  12-17
    1.4.1 延性系数法设计的思想  12-14
    1.4.2 能力谱法设计的思想  14-15
    1.4.3 直接基于位移的抗震设计思想  15-17
  1.5 直接基于位移的抗震设计的研究现状  17-21
  1.6 预应力混凝土直接基于位移的研究现状  21-22
  1.7 本课题组的研究现状  22-24
  1.8 本文的研究目的与研究内容  24-26
2 基于位移的设计参数选取  26-40
  2.1 引言  26
  2.2 结构目标性能水平及量化  26-27
  2.3 结构的位移模式  27-30
    2.3.1 常用的侧向力加载模式  27-28
    2.3.2 悬臂柱的侧移模式  28-30
  2.4 等效单自由度体系  30-32
  2.5 位移延性系数  32-34
    2.5.1 影响位移延性的因素分析  33-34
  2.6 等效刚度  34
  2.7 等效阻尼比  34-37
    2.7.1 改进的Chopra A K 公式  35-37
    2.7.2 由Gülkan 和Sozen 提出的公式  37
  2.8 变形能力设计  37-39
  2.9 本章小结  39-40
3 屈服刚度的调整  40-58
  3.1 四层预应力混凝土框架结构算例设计  40-46
    3.1.1 基本概况  40-41
    3.1.2 结构侧向模式的确定  41-42
    3.1.3 结构屈服刚度的计算方法  42-43
    3.1.4 等效计算  43-44
    3.1.5 预应力混凝土框架材料参数  44-45
    3.1.6 预应力混凝土框架配筋  45-46
  3.2 地震工程仿真开放系统OpenSees 介绍  46-49
    3.2.1 模型的建立  47-48
    3.2.2 模型分析  48-49
    3.2.3 计算结构输出  49
  3.3 静力弹塑性分析方法  49-50
    3.3.1 静力弹塑性分析方法的步骤  49-50
    3.3.2 静力弹塑性分析方法的用途  50
  3.4 预应力框架的Pushover 分析  50-52
    3.4.1 预应力框架推覆结果  50-51
    3.4.2 预应力框架结果分析  51-52
  3.5 修改后四层预应力框架设计  52-53
    3.5.1 等效刚度和刚度强化系数  53
    3.5.2 框架配筋  53
  3.6 修改后预应力框架的Pushover 分析  53-56
    3.6.1 预应力框架推覆结果  53-54
    3.6.2 预应力框架结果分析  54-56
  3.7 本章小结  56-58
4 位移模式和等效阻尼比  58-80
  4.1 倒三角形侧移模式的框架YKJ-C 设计  58-59
    4.1.1 倒三角设计方法的介绍  58
    4.1.2 框架的等效计算  58-59
    4.1.3 地震力的计算  59
  4.2 框架YKJ-C 的推覆分析结果  59-62
    4.2.1 预应力框架推覆结果  59-60
    4.2.2 预应力框架结果分析  60-62
  4.3 修正侧移模式的预应力框架YKJ-A-3 的设计  62-64
    4.3.1 框架的等效计算  62-64
  4.4 框架YKJ-A-3 推覆分析结果  64-67
    4.4.1 预应力框架推覆结果  64-66
    4.4.2 预应力框架结果分析  66-67
  4.5 更改阻尼比的框架YKJ-B 的设计  67-68
  4.6 预应力框架YKJ-B 的推覆分析结果  68-69
    4.6.1 预应力框架推覆结果  68
    4.6.2 预应力框架结果分析  68-69
  4.7 预应力框架YKJ-A-4  69-71
    4.7.1 预应力框架YKJ-A-4 设计  69-70
    4.7.2 框架推覆分析结果  70-71
  4.8 六层预应力框架  71-74
    4.8.1 六层预应力框架设计  71-72
    4.8.2 框架推覆分析结果  72-74
  4.9 修正侧移模式的六层预应力框架  74-77
    4.9.1 修正侧移模式的六层预应力框架的设计  74-75
    4.9.2 框架推覆分析结果  75-77
  4.10 本章小结  77-80
5 预应力钢筋混凝土平面框架非线性时程分析  80-100
  5.1 地震波的选择与处理方案  80-83
    5.1.1 选波的原则  80
    5.1.2 地震波“3+1”选波方法  80-81
    5.1.3 所选地震波  81-82
    5.1.4 加速度峰值的调整  82-83
  5.2 非线性计算结果  83-99
    5.2.1 层侧移和层间位移角变形验算  83-86
    5.2.2 滞回曲线反应  86-87
    5.2.3 顶点位移和基底剪力反应  87-89
    5.2.4 位移模式反应  89-90
    5.2.5 塑性铰分布规律  90-92
    5.2.6 杆端截面滞回规律  92-94
    5.2.7 预应力框架的延性  94-97
    5.2.8 钢筋应力应变滞回关系  97-99
  5.3 本章小结  99-100
6 结语  100-102
  6.1 完成的主要工作  100-101
  6.2 后续研究工作的展望  101-102
致谢  102-104
参考文献  104-110
附录  110

预应力混凝土框架结构直接基于位移的抗震设计方法的研究

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