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罕遇地震作用下预应力混凝土框架结构抗震性能分析

作　者: 王东超
导　师: 简斌
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 罕遇地震作用预应力混凝土框架结构抗震性能 OpenSees
分类号: TU378.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为将预应力混凝土框架设计成梁铰屈服机制的延性框架,或边柱不出铰的混合铰屈服机制的有限延性框架,《预应力混凝土结构抗震设计规程》(简称《预应力规程》)对边柱柱端弯矩增大系数做了提高的调整。而弯矩增大系数调整后预应力框架结构是否能够实现有限延性的设计要求,及结构抗震性能如何?均需要进一步研究。为了更好研究预应力混凝土框架结构的抗震性能,本文运用OpenSees软件完成了不同设防烈度、不同抗震等级、不同边柱柱端弯矩增大系数的一系列预应力混凝土框架结构在罕遇地震作用下的非线性动力模拟分析;并进一步完成了在同等场地条件、满足同样工程建设需求的预应力及非预应力框架结构抗震性能的对比。本文主要工作及结论如下:①非线性动力分析结果表明:根据《预应力规程》和《建筑抗震设计规范》设计的一级、二级、三级预应力混凝土抗震框架,在罕遇地震作用下,均能避免出现总体失效和局部失效,实现大震不倒的抗震设防目标;②通过对按照《预应力规程》和《抗震规范》设计的二、三级预应力混凝土抗震框架对比研究表明:按《预应力规程》设计的预应力混凝土框架,通过提高边柱柱端弯矩增大系数,除顶层外,能有效减少甚至避免边柱出铰;在设防烈度较低分区,由于预应力梁超强严重,避免边柱出铰难度更大;③通过二、三级预应力框架与非预应力框架抗震性能对比研究表明:在同等场地条件、满足同样工程建设需求的预应力框架的抗震性能总体上不低于非预应力框架的抗震性能;④模拟分析表明:根据现行规范设计二级、三级预应力抗震框架均不能避免底层柱底出铰;本文算例表明:将8度(0.3g)二级预应力框架柱底弯矩增大系数从现行规范的1.25提高到1.5后,在罕遇地震作用下,框架形成了避免边柱出铰的稳定耗能机制,结构具有较好的抗震性能,表明二级预应力框架柱底弯矩增大系数提高到1.5是可行的。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 国内外预应力混凝土框架结构的研究  9-16
    1.2.1 国外预应力混凝土框架结构的试验及理论研究  9-10
    1.2.2 国内预应力混凝土框架结构的试验及理论研究  10-15
    1.2.3 本课题组的研究现状及预期  15-16
  1.3 本文研究的目的、内容及方法  16-19
    1.3.1 本文课题提出及研究目的  16-17
    1.3.2 本文主要研究方法及内容  17-19
2 预应力材性试验及数值模拟  19-33
  2.1 目前钢绞线拉伸试验方法简介及分析  19-21
    2.1.1 金刚砂法简介  19
    2.1.2 钢绞线受力分析及切芯法简介  19-20
    2.1.3 切芯法和金刚砂试验的对比  20-21
  2.2 钢绞线试验试件及结果分析  21-27
    2.2.1 钢丝拉伸试验  21-22
    2.2.2 钢丝压缩及反复加载试验  22-26
    2.2.3 钢绞线弹性模量的讨论  26-27
  2.3 基于OpenSees 的预应力筋数值模拟及本构关系定义  27-30
    2.3.1 本文采用的预应力筋数值模型简介  27-29
    2.3.2 预应力筋模型参数定义  29-30
  2.4 本章小结  30-33
3 OpenSees 在预应力混凝土中应用简介及模型验证  33-49
  3.1 程序概述  33
  3.2 OpenSees 在预应力混凝土结构中数值分析模型建立  33-39
    3.2.1 预应力筋作用在OpenSees 中的实现  33-34
    3.2.2 有限元模型的建立  34-39
  3.3 模型验证  39-48
    3.3.1 试验资料  39-40
    3.3.2 材料模型参数的确定  40-41
    3.3.3 柱剪切效应的考虑  41-44
    3.3.4 模拟结果与试验结果对比  44-48
  3.4 本章小结  48-49
4 多层多跨预应力钢筋混凝土平面框架非线性分析  49-79
  4.1 预应力框架算例的设计  49-55
    4.1.1 结构方案与概况  49-50
    4.1.2 预应力配筋与相关验算  50-51
    4.1.3 内力组合及内力调整  51-52
    4.1.4 结构的配筋  52-55
  4.2 非线性有限元分析模型的建立  55-57
    4.2.1 材料本构模型的参数确定  55-56
    4.2.2 结构竖向荷载与质量矩阵  56-57
    4.2.3 结构阻尼矩阵的确定  57
  4.3 地震波的选择与处理方案  57-59
    4.3.1 选波原则  57
    4.3.2 地震波其它参数的确定  57-59
  4.4 非线性地震反应的分析与评价  59-77
    4.4.1 评判准则  59
    4.4.2 八度0.3g 区一级抗震框架YKJ-1 非线性反应  59-62
    4.4.3 八度0.3g 区二级抗震框架YKJ-2 非线性反应  62-65
    4.4.4 八度0.3g 区二级抗震框架YKJ-3 非线性反应  65-67
    4.4.5 八度0.3g 区三榀框架抗震性能对比分析  67-71
    4.4.6 七度0.15g 区三级抗震框架YKJ-4 非线性反应  71-73
    4.4.7 七度0.15g 区三级抗震框架YKJ-5 非线性反应  73-76
    4.4.8 七度0.15g 区三级框架抗震性能对比分析  76-77
  4.5 本章小结  77-79
5 多层多跨预应力及非预应力框架抗震性能对比研究  79-95
  5.1 非预应力框架算例设计  79-82
    5.1.1 结构方案与概况  79-80
    5.1.2 框架结构的配筋  80-82
  5.2 非线性有限元分析的准备  82-83
  5.3 八度0.3g 框架抗震性能对比研究  83-89
    5.3.1 八度0.3g 二级非预应力框架的地震反应与评价  83-86
    5.3.2 八度0.3g 预应力与非预应力框架抗震性能的对比研究  86-89
  5.4 七度0.15g 框架抗震性能对比研究  89-94
    5.4.1 七度0.15g 三级非预应力框架的地震反应与评价  89-92
    5.4.2 七度0.15g 预应力与非预应力框架抗震性能的对比研究  92-94
  5.5 本章小结  94-95
6 二级预应力框架柱底弯矩增大系数修改建议  95-101
  6.1 非线性分析的准备  95-96
  6.2 非线性动力反应分析的结果  96-98
    6.2.1 层间位移角、各层侧移、顶点位移时程  96-97
    6.2.2 塑性铰分布情况、杆端最大转角、最大延性需求  97-98
  6.3 预应力框架YKJ—2a 与YKJ—2 的对比研究  98-100
  6.4 本章小结  100-101
7 结论及展望  101-103
  7.1 主要结论  101
  7.2 后续研究工作的展望  101-103
致谢  103-105
参考文献  105-109
附录作者在攻读学位期间发表的论文目录  109

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