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地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性的影响

作　者: 韩登
导　师: 杜永峰
学　校: 兰州理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 串联隔震连梁二阶效应稳定性 ABAQUS
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,隔震结构在工程抗震领域中成为一个重要的发展方向,其中国内外应用最多的是叠层隔震支座的隔震体系。考虑到将隔震垫放置在钢筋混凝土柱顶部所组成的串联隔震体系在实际工程使用得相当广泛,隔震垫的变形与柱子的变形不仅有明显的相互作用,而且会影响串联体系的整体受力性能,产生二阶效应。所以对串联隔震体系整体的分析成为必要。国内外不少工程的隔震支座都放在地下室悬臂柱顶部。但由于多方面的因素,针对这种采用较为普遍叠层橡胶隔震器与地下室悬臂柱组成的串联的结构方案作为整体考虑很少。在水平地震作用力和竖向荷载的作用下,叠层橡胶隔震垫的变形和悬臂柱的变形使得串联隔震体系产生二阶效应,同时对串联隔震体系稳定性也产生影响。目前在带有地下室的隔震建筑设计中,下部结构的设计主要有三种方案：独立柱,独立柱加连梁和独立柱加短肢剪力墙。本文仅对前两种设计方案进行比较分析,说明柱顶连梁对二阶效应、极限承载力和稳定性的影响。首先,笔者采用基于能量原理Rayleigh-Ritz法对小变形情况下串联隔震系统的二阶位移进行近似计算。其次,采用有限元分析软件ABAQUS分别建立了串联隔震系统在竖向恒定荷载下水平承载力-位移的几何非线性曲线关系和水平位移-竖向荷载的几何非线性关系曲线。最后建立串联隔震体系通过理论计算分析和有限元模型分析对两种隔震建筑的下部结构设计方案进行定量对比分析,并判断其破坏形式。结果表明：独立柱加连梁的串联隔震体系在水平承载力、竖向承载力和刚度等方面性能都优于独立柱设计方案。本文可以为隔震设计的结构选型提供参考依据。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 基础隔震结构概述  9-11
    1.2.1 隔震概念及其基本原理  9
    1.2.2 基础隔震系统的分类  9-10
    1.2.3 基础隔震结构的特点  10-11
  1.3 国内外基础隔震技术的发展和现状  11-13
  1.4 叠层橡胶支座隔震系统概述  13-14
    1.4.1 叠层橡胶支座的构造特性  13-14
    1.4.2 叠层橡胶支座隔震技术的成熟程度分析  14
  1.5 基础隔震结构中下部结构的设计方案  14-16
  1.6 本文的主要研究内容  16-17
第2章叠层橡胶支座的力学性能与橡胶材料属性  17-26
  2.1 刚性加劲普通叠层橡胶支座  17-22
    2.1.1 刚性加劲叠层橡胶支座的理论研究  17-21
      2.1.1.1 叠层橡胶支座的压缩特性  17-20
      2.1.1.2 叠层橡胶支座的水平特性  20-21
      2.1.1.3 叠层橡胶支座的界限性能  21
    2.1.2 刚性加劲叠层橡胶支座的实验研究  21-22
  2.2 橡胶材料属性  22-25
    2.2.1 橡胶的基本力学特性及本构模型  22-23
    2.2.2 橡胶Mooney-Rivlin模型及其材料系数的确定  23-25
      2.2.2.1 Mooney-Rivlin模型  23-24
      2.2.2.2 橡胶Mooney-Rivlin模型材料系数的估算  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章串联隔震体系的稳定性和二阶效应理论分析  26-41
  3.1 橡胶支座的稳定性分析  26-34
    3.1.1 单一弹性支座的稳定分析  26-29
    3.1.2 橡胶隔震支座与柱串联系统的模型分析  29-30
    3.1.3 弹性支座在双自由度力学模型下的稳定分析  30-34
  3.2 地下室柱顶连梁对串联隔震体系二阶效应的影响  34-40
    3.2.1 能量原理  34-36
    3.2.2 二阶效应  36-37
    3.2.3 基于线弹性弯曲理论对串联隔震系统的二阶位移理论分析  37-40
      3.2.3.1 独立柱串联隔震体系的二阶分析  37-39
      3.2.3.2 独立柱加连梁串联隔震体系的二阶分析  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第4章串联隔震体系非线性有限元模型的模拟与分析  41-57
  4.1 串联隔震体系非线性有限元模型的建立  41-46
    4.1.1 叠层橡胶支座和混凝土梁-柱的几何尺寸  41-42
    4.1.2 叠层橡胶支座和混凝土梁-柱的材料属性定义  42-46
      4.1.2.1 超弹性橡胶材料的有限元模拟  43-46
      4.1.2.2 创建网格和串联隔震体系模型  46
  4.2 串联隔震体系非线性有限元模型计算结果  46-53
  4.3 各串联隔震体系模型对比分析  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性影响的有限元分析  57-68
  5.1 叠层橡胶支座内部钢板产生的应力和变形  57-58
  5.2 串联隔震体系非线性有限元模型计算结果  58-65
  5.3 各串联隔震体系模型对比分析  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
  结论  68
  展望  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  74

地下室柱顶连梁对串联隔震体系稳定性的影响

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