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水平地震下高桥墩单自由度体系二阶效应研究

作　者: 张勇
导　师: 王志军
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 单自由度体系 P—δ效应动力二阶效应稳定系数强度折减系数
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
引　用: 5次
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内容摘要

本文主要针对高桥墩简化成的单自由度体系,研究其在水平地震作用下的两类二阶效应(P—Δ效应和P—δ效应)规律以及两类二阶效应的相互影响。从国内外动力二阶效应的研究成果来看,虽然对动力P—Δ效应有一定的认识,但对动力P—δ效应就基本没有研究。这主要是因为多数研究采用的刚度法单元模型,只能考虑杆端变形引起的二阶效应,无法考虑单元内部变形引起的P—δ效应。虽然刚度法单元可以通过细分单元的方式来同时考虑P—Δ效应和P—δ效应,但计算效率大幅度降低。柔度法单元采用力插值函数,具有能同时考虑杆端变形和单元内部变形的能力,为细致研究动力P—δ效应,以及P—δ效应对P—Δ效应的影响提供了可行性。本文主要完成了以下工作:①基于SouZa的柔度法理论,在OpenSees平台上建立能精确考虑P—Δ效应和P—δ效应的新单元模型,该模型同时能进行一阶分析以及P—Δ效应和P—δ效应的分离计算,从而为采用同一单元模式研究动力二阶效应规律及P—δ效应对P—Δ效应的影响提供了可能。②从理论上推导了单自由度体系静力和动力的考虑P—Δ效应以及P—δ效应的简化计算公式,确定了影响动力二阶效应的主要因素,并分析了P—δ效应对P—Δ效应的影响。③采用数值计算方法,对单自由度体系在水平地震作用下的弹性二阶效应规律进行了验证分析。④对单自由度体系考虑材料非线性的动力二阶效应进行了初步分析。通过以上工作,得到以下主要结论:①在OpenSees平台上建立的新单元模型能够实现P—Δ效应和P—δ效应同时计算与分离计算的目的。②静力二阶效应的主要控制参数是稳定系数,而动力二阶效应的主要控制参数除稳定系数外,还有结构周期和地震波频谱特性。动力二阶效应可能增大或减小结构的响应。③只有当结构周期较小时,动力二阶效应才大于静力二阶效应;本文根据规范反应谱,推导了考虑动力二阶效应的简化公式。④对周期在规范地震影响系数曲线下降段的结构,强度折减系数和稳定系数越大,二阶效应对基底剪力的减小作用越明显;强度折减系数的变化引起二阶效应对中部弯矩的影响的变化较小;而对于柱顶侧移,刚开始随着强度折减系数增大,二阶效应会增大位移,但当R进一步增大时,二阶效应的影响将会减小。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 二阶效应的研究工作进展  9-12
    1.2.1 静力二阶效应  9-10
    1.2.2 动力二阶效应的进展  10-12
  1.3 本文研究的目的和研究内容  12-15
2 柔度法中P—Δ效应与 P—δ效应的分离及实现  15-37
  2.1 OpenSees 程序介绍  16
  2.2 P—Δ效应与P—δ效应的分离  16-30
    2.2.1 同时考虑P—Δ效应和P—δ效应的柔度矩阵  17-21
    2.2.2 只考虑P—Δ效应的柔度矩阵  21-22
    2.2.3 一阶计算的两种方法  22
    2.2.4 与柔度法相关的几个矩阵  22-28
    2.2.5 单元状态的确定  28-30
  2.3 程序实现  30
  2.4 程序验证  30-36
    2.4.1 只考虑几何非线性  30-34
    2.4.2 同时考虑材料非线性和几何非线性的验证  34-36
  2.5 小结  36-37
3 单自由度体系弹性动力二阶效应规律及简化计算  37-63
  3.1 静力二阶效应  37-41
    3.1.1 只考虑P—Δ效应的顶点位移  37-38
    3.1.2 同时考虑P—Δ和P—δ效应的顶点位移  38-39
    3.1.3 静力二阶效应大小  39-41
  3.2 简谐强迫振动下的二阶效应  41-48
    3.2.1 二阶效应对结构周期的影响  41-42
    3.2.2 简谐强迫振动下的二阶效应分析  42-48
  3.3 水平地震作用下的二阶效应  48-61
    3.3.1 特定地震波的反应谱  50-54
    3.3.2 规范设计用反应谱  54-61
  3.4 小结  61-63
4 单自由度体系弹性二阶效应规律数值验证及分析  63-89
  4.1 静力P—δ效应  63-67
    4.1.1 构件设计  63-64
    4.1.2 分析及验证  64-67
  4.2 简谐强迫振动下的二阶效应  67-70
  4.3 地震动作用下的二阶效应  70-85
    4.3.1 稳定系数对动力二阶效应的影响  71-75
    4.3.2 周期对动力二阶效应的影响  75-85
  4.4 静动力二阶效应的区别  85-86
  4.5 小结  86-89
5 考虑材料非线性的单自由度体系二阶效应分析  89-103
  5.1 中国G850011-2001 考虑的地震作用水准  89-90
  5.2 不同R 混凝土悬臂柱配筋的方法  90-91
  5.3 材料参数取值  91-93
    5.3.1 混凝土材料取值  91-92
    5.3.2 钢筋材料取值  92-93
  5.4 单自由度体系在地震波输入下的二阶效应  93-100
    5.4.1 单自由度体系分析模型  93-94
    5.4.2 计算结果  94-98
    5.4.3 不同地震力降低系数对动力二阶效应的影响  98-100
    5.4.4 P—δ效应对动力二阶效应的贡献  100
  5.5 小结  100-103
6 结论与展望  103-105
  6.1 主要结论  103-104
  6.2 对后续工作的展望  104-105
致谢  105-107
参考文献  107-109
附录一  109-111
附录二  111-113
附录三  113

水平地震下高桥墩单自由度体系二阶效应研究

内容摘要

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