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框剪结构弹塑性反应分析程序二次开发及抗震性能校验

作　者: 陈伟贤
导　师: 李英民
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 框剪结构 ABAQUS 静力弹塑性分析动力时程分析
分类号: TU313
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以往框剪结构弹塑性分析研究大多基于宏观模型,未能考虑到构件的轴向、弯曲效应与剪切效应的耦合,对于结构破坏严重的弹塑性反应分析方面有较多不足。本文基于非线性有限元通用软件ABAQUS,进行纤维梁单元混凝土材料子程序二次开发,并结合程序内部壳单元,提出一种可行有效的框剪结构弹塑性分析方法,并模拟试验结果对程序的准确性和有效性进行验证。然后基于以上提出的框剪结构弹塑性分析方法,分别进行静力弹塑性推覆分析和地震作用下的动力时程分析,考察结构损伤过程,底部塑性铰区的发展,框架水平剪力发展规律和层间位移角分布规律通过以上研究工作得出以下初步结论:①二次开发的混凝土材料子程序具有良好的精度和收敛性,是对ABAQUS中混凝土材料模型的有效扩充和改进,以此提出的框剪结构弹塑性分析方法可行有效。②就本文算例而言,静力弹塑性分析下,小震、中震性能点下的层间位移角最大值均位于中部楼层;大震性能点下,底部加强区域墙柱构件大部分进入屈服,该部分楼层发生变形集中,层间位移角最大值位于第2层。动力时程分析结果不同的是,结构的反应并非由第一振型控制,各层层间位移角沿楼层的分布规律在不同地震波不同地震强度作用下是不同的,但大震作用下层间位移角最大值均位于下部楼层。③静力弹塑性分析大震性能点状态下,墙肢塑性铰区能被限制在底部加强区域内,内力往上部楼层转移不明显;动力时程分析大震作用下,不仅底部墙肢有较大损伤,中部和上部楼层均有不同程度的损伤,墙肢塑性铰区未能限制在底部加强区域内,但结构整体满足“抗震不倒”的要求。④弹塑分析中随着荷载增大,结构内力重分布现象明显,底部框架分担的剪力比例从弹性状态的约20%增大到大震作用下的大于40%。中震作用下,框架柱未有屈服或刚屈服;大震作用下,损伤主要集中在底层和顶层,框架柱起到了二道防线的作用。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 我国框剪结构现行设计思路  9-11
  1.3 问题的提出和研究内容  11-14
    1.3.1 框剪结构弹塑性分析模型  11-13
    1.3.2 剪力墙的塑性铰区和加强部位  13-14
    1.3.3 内力重分布和多道防线  14
  1.4 本文主要工作  14-17
    1.4.1 框剪结构弹塑性分析程序二次开发  14-15
    1.4.2 框剪结构弹塑性静力分析  15
    1.4.3 框剪结构弹塑性动力时程分析  15-17
2 结构弹塑性分析模型  17-25
  2.1 单元模型和材料  17-22
    2.1.1 单元分析模型  17-18
    2.1.2 钢筋材料本构关系  18-19
    2.1.3 混凝土材料模型  19-20
    2.1.4 材料强度  20-22
  2.2 分析求解器与加载  22-25
    2.2.1 动力分析求解器的选用  22-23
    2.2.2 准静态分析  23-25
3 混凝土材料子程序二次开发与框剪结构分析方法验证  25-37
  3.1 ABAQUS 三维梁单元  25-26
  3.2 混凝土材料本构关系  26-28
  3.3 二次开发流程  28-29
  3.4 验证算例  29-33
    3.4.1 算例1：高轴压比柱低周反复试验模拟  29-31
    3.4.2 算例2：东京工业大学一抗震性能试验柱模拟  31-32
    3.4.3 算例3：剪力墙构件模拟  32-33
  3.5 框剪结构弹塑性分析方法验证  33-35
  3.6 小结  35-37
4 框剪结构静力弹塑性分析  37-55
  4.1 静力弹塑性分析方法原理  37
  4.2 加载模式  37-38
    4.2.1 倒三角分布模式  38
    4.2.2 均匀分布模式  38
  4.3 性能点  38-41
    4.3.1 能力谱曲线  39
    4.3.2 需求谱曲线  39-41
  4.4 算例模型  41-43
  4.5 静力弹塑性结果分析  43-53
    4.5.1 倒三角加载模式分析结果  43-49
    4.5.2 均布加载模式分析结果  49-53
  4.6 小结  53-55
5 框剪结构弹塑性动力时程分析  55-77
  5.1 框剪结构算例模型  55
  5.2 地震波选取  55-58
  5.3 动力时程结果对比分析  58-63
    5.3.1 顶层位移  58-59
    5.3.2 基底剪力  59
    5.3.3 层间位移角  59-61
    5.3.4 剪力墙  61-62
    5.3.5 框架柱  62-63
  5.4 AF 波分析结果  63-69
    5.4.1 结构损伤过程  63-65
    5.4.2 层间位移角和侧移曲线  65-66
    5.4.3 剪力墙  66-68
    5.4.4 框架柱  68-69
  5.5 USA00329 波分析结果  69-74
    5.5.1 结构损伤过程  69-70
    5.5.2 层间位移角和侧移曲线  70-72
    5.5.3 剪力墙  72-73
    5.5.4 框架柱  73-74
  5.6 小结  74-77
6 结论和展望  77-79
  6.1 主要结论  77-78
  6.2 存在的问题和后续工作展望  78-79
致谢  79-81
参考文献  81-85
附录  85

框剪结构弹塑性反应分析程序二次开发及抗震性能校验

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