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基于混合屈服机制的钢管混凝土框架结构安全性分析
作 者: 舒蓉
导 师: 徐培蓁;于广明
学 校: 青岛理工大学
专 业: 结构工程
关键词: 钢管混凝土框架结构 梁铰屈服机制 混合屈服机制 层间柱梁强度比 结构安全性评价
分类号: TU398.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
钢管混凝土柱-H型钢梁框架结构是一种新型的结构体系,它具有较高的承载能力、良好的抗震性能、显著的经济效益等优点,在越来越多的高层、大跨结构中得到广泛的应用。然而目前国内外对钢管混凝土结构的研究大多集中于钢管混凝土构件的力学行为,对钢管混凝土框架结构整体工作性能的研究尚少。“强柱弱梁”是框架结构在地震作用下屈服机制的传统认识。目前,仍缺乏对钢管混凝土框架结构屈服机制的专门研究,而一般套用钢框架、钢筋混凝土框架结构的梁铰屈服机制对其进行抗震设计。本课题突破了框架结构传统的“强柱弱梁”型屈服机制模式,基于层间柱梁强度比方法,提出一种允许部分柱屈服的整体型屈服机制——混合屈服机制的钢管混凝土框架结构。这种框架结构,在遭遇强震时,利用钢管混凝土柱屈服后承载力没有明显降低的优越性能,允许部分钢管混凝土柱出现塑性变形,有效吸收地震能,缓解梁端的塑性变形,从而使结构的抗震能力得到最大限度的发挥。为保证基于混合屈服机制的钢管混凝土框架结构的安全性,本文在对这一领域现有的研究进行较为充分综述的基础上,研究不同地震强度等级下,确保混合屈服机制设计的钢管混凝土框架结构安全性所需要的最小层间柱梁强度比,并对混合屈服机制的钢管混凝土框架结构进行安全性评价。1、在分析钢管混凝土理论、钢管混凝土框架结构动力性能试验及钢管混凝土框架结构有限元动力分析的国内外研究现状的基础上,讨论了钢管混凝土框架结构基于混合屈服机制设计的可行性。2、给出了层间柱梁强度比的定义,并详细介绍了基于层间柱梁强度比方法建立混合屈服机制钢管混凝土框架结构的设计方法。3、对基于混合屈服机制设计的多层钢管混凝土结构进行动力非线性时程分析,得到其在大震作用下的非线性响应,研究非屈服柱的最大变形与结构累积损伤变形的程度,检验屈服柱的损伤。结果表明,层间柱梁强度比对框架结构屈服机制的形成及结构的安全性具有重要意义。基于混合屈服机制设计的钢管混凝土框架结构,充分利用了钢管混凝土的力学性能和抗震性能,使框架结构的设计更为安全、经济、合理,具有较重要的学术意义和广阔的工程应用前景。
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全文目录
摘要 8-10 Abstract 10-12 第1章 绪论 12-25 1.1 引言 12-13 1.2 钢管混凝土理论研究概况 13-15 1.3 钢管混凝土框架结构动力性能试验研究 15-17 1.4 钢管混凝土框架结构有限元动力分析 17-20 1.5 本文研究课题的背景及主要工作 20-25 1.5.1 课题背景 20-23 1.5.2 本文主要研究工作 23-25 第2章 有限元基本理论 25-36 2.1 有限元法的基本原理 25-31 2.1.1 有限元法的基本思想 25-26 2.1.2 有限元法的分析步骤 26-27 2.1.3 非线性有限元的分析方法 27-29 2.1.4 非线性方程组的求解方法 29-31 2.2 ANSYS有限元分析基本概念 31-36 2.2.1 BEAM188及MASS21单元简介 31-32 2.2.2 Von Mises强度准则简介 32-33 2.2.3 收敛判断准则 33-36 第3章 钢管混凝土中钢管和混凝土材料本构关系 36-56 3.1 钢材的应力-应变关系模型 36-40 3.2 混凝土三向受力本构关系 40-43 3.3 钢管混凝土统一理论 43-46 3.3.1 钢管混凝土统一理论 43-44 3.3.2 组合性能指标 44-46 3.4 钢管混凝土几何非线性及材料非线性 46-53 3.4.1 几何非线性 47-50 3.4.2 材料非线性 50-53 3.5 本文模型中钢材和混凝土本构关系的选取 53-56 第4章 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架结构设计 56-72 4.1 概述 56 4.2 层间柱梁强度比定义 56-57 4.3 基于混合屈服机制钢管混凝土框架的设计方法 57-60 4.4 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架模型选取 60-63 4.4.1 参数的选取 60-61 4.4.2 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架模型选取 61-63 4.5 钢管混凝土框架模型在ANSYS中的实现 63-67 4.6 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架截面设计 67-70 4.7 本章小结 70-72 第5章 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架结构安全性分析 72-117 5.1 概述 72 5.2 基于混合屈服机制的钢管混凝土框架动力时程分析 72-89 5.2.1 动力时程分析简介 72-74 5.2.2 结构地震动方程的建立 74-77 5.2.3 地震波的选择与调整 77-80 5.2.4 地震动方程的直接积分方法 80-89 5.3 分析结果对比 89-111 5.3.1 各层层间位移角 89-93 5.3.2 非屈服柱的响应 93-101 5.3.3 梁的响应 101-103 5.3.4 屈服柱的响应 103-105 5.3.5 塑性铰分布 105-111 5.4 柱的位移延性系数 111-115 5.5 本章小结 115-117 第6章 结论与展望 117-120 6.1 结论 117-118 6.2 展望 118-120 参考文献 120-125 攻读硕士学位期间所发表的论文及所获奖励 125-126 攻读硕士学位期间参加的科研项目 126-127 致谢 127
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
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