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基于OpenSees的钢筋混凝土框架结构二维与三维地震损伤分析

作　者: 邹挺
导　师: 吕大刚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 地震损伤局部损伤模型整体损伤模型三维损伤模型构件重要性
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

工程结构的地震损伤分析是新一代“基于性能的地震工程”的主要研究内容,得到了广泛研究。但现有地震损伤分析中,构件层次研究多于结构层次研究,二维平面结构层次研究多于三维立体结构层次研究。由于钢筋混凝土材料的各项异性,因此,开展钢筋混凝土框架结构的二维、三维地震损伤分析具有重要意义。本文的研究内容可以归纳为以下四个部分:1.详细介绍了OpenSees损伤分析模块中的五种单元损伤模型以及我国学者吕大刚和王光远提出的Lu-Wang损伤模型;基于美国太平洋地震工程研究中心(PEER)的钢筋混凝土柱试验数据库,利用统计分析,给出了Lu-Wang损伤模型的耗能因子β的回归公式;2.修正并校准了OpenSees中的关于Kratzig损伤模型、Mehanny-Deierlein损伤模型和HystereticEnergy损伤模型的源程序,将Lu-Wang损伤模型加入到OpenSees的损伤模块中,并对混凝土圆形柱和矩形柱进行了不同损伤模型的对比分析;3.针对同一设计结构,分别建立基于位移的非线性梁-柱单元和集中塑性铰单元的OpenSees平面框架模型。针对前者采用OpenSees直接计算,针对后者采用MATLAB后处理,分别进行了结构单元地震损伤分析并进行对比分析。采用三种加权组合方式,对钢筋混凝土平面框架结构进行了二维整体损伤分析。本文将损伤指数引入构件重要性评定,提出了两种基于损伤的构件重要性系数,并获得构件重要性排序;4.本文提出了一种新的三维局部损伤模型,以OpenSees作为计算平台,采用两种三维整体损伤计算方法对钢筋混凝土空间框架结构进行了整体损伤分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-11
    1.1.1 课题来源  9
    1.1.2 课题背景  9-10
    1.1.3 研究意义  10-11
  1.2 二维结构局部地震损伤研究进展  11-13
  1.3 二维结构整体地震损伤研究进展  13-14
    1.3.1 整体法  13
    1.3.2 加权组合法  13-14
  1.4 三维结构地震损伤研究进展  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-17
    1.5.1 钢筋混凝土构件局部地震损伤模型及改进  15
    1.5.2 基于OpenSees 的损伤模型二次开发及校准  15
    1.5.3 钢筋混凝土框平面架结构的二维地震损伤分析  15
    1.5.4 钢筋混凝土空间框架结构的三维地震损伤分析  15-17
第2章钢筋混凝土构件局部地震损伤模型及改进  17-34
  2.1 引言  17
  2.2 结构的局部损伤模型  17-23
    2.2.1 标准化峰值（Normalized peak）损伤模型  17-18
    2.2.2 Kratzig 损伤模型  18-19
    2.2.3 Mehanny-Deierlein 损伤模型  19-21
    2.2.4 滞变耗能（Hysteretic energy）损伤模型  21-22
    2.2.5 Park-Ang 损伤模型  22
    2.2.6 Lu-Wang 损伤模型  22-23
  2.3 PEER 试验数据的选取  23-25
    2.3.1 P EER 柱性能数据库介绍  23
    2.3.2 选取实验数据  23-25
  2.4 回归耗能因子β  25-32
    2.4.1 参数的计算方法  26-28
    2.4.2 多元非线性回归模型  28-31
    2.4.3 系数评价  31-32
  2.5 本章小结  32-34
第3章基于OpenSees 的损伤模型二次开发及校准  34-60
  3.1 引言  34
  3.2 0penSees 悬臂柱模拟  34-41
    3.2.1 选取试验柱  34-35
    3.2.2 约束混凝土本构模型介绍  35-39
    3.2.3 试验柱参数计算  39-41
    3.2.4 0penSees 模拟结果  41
  3.3 损伤模型在OpenSees 程序中的实现及改进  41-53
    3.3.1 0penSees 软件中的损伤模型  42-43
    3.3.2 试验柱的选取及OpenSees 模拟  43-46
    3.3.3 0penSees 损伤模拟源程序修正及二次开发  46-53
  3.4 局部损伤模型的应用及校准  53-58
    3.4.1 损伤模型校准  54-56
    3.4.2 六种损伤模型综合计算  56-58
  3.5 本章小结  58-60
第4章钢筋混凝土平面框架结构的二维地震损伤分析  60-92
  4.1 引言  60
  4.2 二维框架结构建模  60-64
    4.2.1 二维框架结构信息  61-62
    4.2.2 0penSees 建模及模型校准  62-64
  4.3 二维框架结构局部损伤分析  64-77
    4.3.1 损伤模型参数取值  64-67
    4.3.2 局部损伤分析  67-77
  4.4 二维框架结构整体损伤分析  77-84
    4.4.1 整体损伤模型介绍  77-79
    4.4.2 算例分析  79-84
  4.5 基于损伤的构件重要性系数  84-91
    4.5.1 不考虑楼层位置的构件重要性系数  84-86
    4.5.2 考虑楼层位置的构件重要性系数  86-88
    4.5.3 构件重要性系数总结  88-91
  4.6 本章小结  91-92
第5章钢筋混凝土空间框架结构的三维地震损伤分析  92-119
  5.1 引言  92
  5.2 三维结构损伤模型  92-97
    5.2.1 三维结构局部损伤模型  92-95
    5.2.2 三维结构整体损伤模型  95-97
  5.3 悬臂柱三维损伤分析  97-101
    5.3.1 有限元建模  97-98
    5.3.2 柱三维损伤分析  98-101
  5.4 钢筋混凝土空间框架建模  101-105
    5.4.1 有限元建模  102-103
    5.4.2 平面框架Pushover 分析  103-104
    5.4.3 输入地震动激励  104-105
  5.5 三维结构整体损伤分析  105-117
    5.5.1 平面分解组合法计算整体损伤  105-110
    5.5.2 加权法计算整体损伤  110-117
  5.6 本章小结  117-119
结论与展望  119-121
参考文献  121-127
附录  127-139
致谢  139

基于OpenSees的钢筋混凝土框架结构二维与三维地震损伤分析

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