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竖向地震作用下多层大柱网框架结构的地震反应分析

作　者: 白絮文
导　师: 张俊发
学　校: 西安理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 多层大柱网框架结构 竖向地震作用 振型分解反应谱法 弹塑性时程分析法
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


多层大柱网框架结构具有空问较大、布置灵活、造价合理等优点,因此在建筑技术发达的今天也被广泛使用,尤其作为车间、厂房、商场等对大空间有需要的建筑。而由于此类建筑一般结构体系较规则,质量和刚度分布均匀,根据抗震规范和常规的抗震设计原则对多层框架结构通常只考虑水平地震作用对结构的影响。但是地震震害现象表明,在高烈度地震区(尤其是震中区),地震动竖向加速度分量对建筑物破坏状态和破坏程度的影响是不容忽视的,所以对多层大柱网框架结构在竖向地震作用下的地震反应的研究是十分必要的,它对多层大柱网框架结构进行更合理、优化的抗震设计有更现实的意义。西安理工大学(曲江校区)工程训练中心建筑结构型式为框架结构,主体四层,柱距7800mm×7200mm,是典型的多层大柱网框架结构。2008年5月12日的汶川大地震造成该建筑部分损伤。震害调查中,笔者发现该结构的纵向边榀框架的顶层梁的跨中部位出现了很有规律的三条竖向裂缝,初步分析是由于竖向地震作用从结构底部传到顶部使作用扩大,并且在纵向边榀框架有挑檐及其上部女儿墙在竖向地震作用下的摆动对边梁的附加作用,引起了变形开裂。因此,笔者结合该工程,对多层大柱网框架结构进行了竖向地震作用下的地震反应分析。主要内容如下：1、阐述了竖向地震作用对结构破坏的影响,并且介绍了几种常用的竖向地震作用的计算方法：振型分解反应谱法、弹塑性时程分析法等。2、利用通用结构分析软件SAP2000对结构进行动力特性分析,求出结构的自振频率(或周期)和振型,分析结构的刚度大小及其刚度、质量分布的合理性。框架混凝土结构的分析采用杆系模型。3、对结构进行竖向地震作用的振型分解反应谱分析和弹塑性时程分析,分别给出了此类结构在多遇地震和罕遇地震时结构的内力和变形,并将结构在有竖向地震作用的地震反应和只有水平向的进行对比分析,得出：框架梁在竖向地震作用下,跨中竖向位移有所增大,跨中弯矩增幅较大,尤其纵向边榀框架的顶层梁的跨中弯矩增大将近40%；竖向地震对框架柱的轴力、柱端弯矩有一定的影响,对中柱的作用较明显,轴力增大了近2倍。4、由上述分析及震害调查结果,可见竖向地震作用对顶层框架梁的影响很大。进而,本文在SAP2000分析的基础上选出结构顶层一边跨梁,采用大型有限元分析软件ANSYS进行非线性分析,得出了梁应力、位移等内力变形,也模拟了梁在竖向地震作用下开裂的地震反应。同时,计算结果表明在高烈度区对混凝土梁跨中的抗震设计考虑竖向地震作用是比较合理的,整个结构也更加安全、可靠。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 本课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 对竖向地震作用研究观点及现状  10-12
    1.2.1 研究观点  10-11
    1.2.2 研究现状  11-12
  1.3 本文的主要工作  12-14
2 竖向地震反应计算方法  14-27
  2.1 振型分解反应谱法  14-18
    2.1.1 动力特性简述  14-15
    2.1.2 模态分析  15
    2.1.3 振型分解反应谱法  15-18
  2.2 弹塑性时程分析方法  18-26
    2.2.1 概述  18
    2.2.2 弹塑性时程分析基本过程  18-19
    2.2.3 非线性铰的定义和指定  19-21
    2.2.4 恢复力特性曲线的计算模型  21-22
    2.2.5 地震波的输入  22-23
    2.2.6 水平及竖向地震作用下结构的反应方程  23
    2.2.7 非线性时程分析积分方式  23-26
  2.3 本章小结  26-27
3 工程概况及分析模型的建立  27-30
  3.1 工程概况  27
  3.2 设计参数  27-28
  3.3 计算分析模型的建立  28-29
  3.4 本章小结  29-30
4 结构在多遇地震下的振型分解反应谱分析  30-41
  4.1 结构动力特性分析  30-33
  4.2 地震反应谱分析  33-40
    4.2.1 设计反应谱  33-34
    4.2.3 结构的变形分析  34-36
    4.2.4 结构的内力分析  36-40
  4.3 本章小结  40-41
5 结构在罕遇地震下的非线性时程分析  41-51
  5.1 非线性时程分析方法  41-42
    5.1.1.基本假定  41
    5.1.2 计算步骤  41
    5.1.3 结构性能评价  41-42
  5.2 非线性时程分析计算结果分析  42-49
    5.2.1.地震波的输入  42-44
    5.2.2 计算结果分析  44-49
  5.3 本章小结  49-51
6 顶层边跨梁在地晨作用下混凝土开裂的模拟  51-58
  6.1 分析软件介绍  51
  6.2 模型的建立  51-54
    6.2.1 模型的选择  51-52
    6.2.2 模型的建立及加载  52-54
  6.3 计算结果分析  54-57
  6.4 本章小结  57-58
7 结论与展望  58-60
  7.1 本文研究成果及结论  58-59
  7.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-66
附录  66

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 抗震结构
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