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大跨度高位钢桁架转换层结构的试验研究与理论分析

作　者: 叶小刚
导　师: 楼文娟
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 大跨度 钢桁架 型钢混凝土转换梁 转换层 地基不均匀沉降 温度效应 竖向地震 时程分析 静力弹塑性(Push-over)分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 218次
引　用: 6次
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内容摘要


大跨度高位钢桁架转换层结构是一种新型的结构形式,国内外学者对它的受力特性进行了一些理论探索和试验研究。本文结合浙江省电力调度大楼工程,首次对大跨度钢桁架转换层结构进行施工全过程的现场实测,把现场测试结果与中国建筑科学研究院完成的1∶7.5的缩尺模型实验进行比较,并对施工阶段地基不均匀沉降、日照温差等因素对钢桁架转换结构的受力影响进行理论分析。最后还进行了带大跨度钢桁架转换结构的复杂建筑在竖向地震作用下的弹性地震反应分析和竖向静力弹塑性分析。 从现场实测及其与模型试验的对比分析可知:钢桁架在温度和上部结构荷载作用下产生了一定的水平位移,基本实现了第一阶段钢桁架端部为滑动铰支的设想,但由于钢桁架端部与支承面存在较大摩擦力,限制了钢桁架的滑移,其水平位移比预想的小的多。温度变化所引起的钢桁架端部水平位移较小。钢桁架整体应力水平均较低,但其端部弦杆最大应力达到跨中弦杆的50%左右,不是理想的简支状态。 采用两种计算模型来计算地基不均匀沉降对钢桁架转换层结构的受力影响,结果表明不均匀沉降对钢桁架转换层结构的受力影响不明显。根据现场实测的钢桁架转换层结构的温度场,对整体结构的日照温差效应进行分析,并与实测应力进行了比较,结果表明日照温差产生的温度应力最大为-8.6MPa,理论计算值为-9.4MPa。由于日照作用以天为周期频繁作用于结构物上,类似于周期反复荷载,在钢筋混凝土结构设计中应引起注意。 对带大跨度钢桁架转换结构的复杂建筑的竖向地震分析方法进行了一些探讨,包括振型组合方法的选择,振型分解反应谱法振型数目的确定,并对竖向地震作用下钢桁架转换层结构的内力分布形式进行了分析。 通过竖向静力弹塑性推覆(Push-over)分析,揭示了转换层结构产生塑性铰的顺序和机制,采用能力谱方法评估了带转换层结构的复杂建筑的竖向抗震能力。结果表明浙电大楼的竖向抗震能力比水平抗震能力高一度,结构抗震设计合理,具有较大的安全储备。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-20
  1．1 转换层结构功能与形式  9-12
  1．2 国内外转换层结构发展及研究概况  12-14
  1．3 带转换层建筑结构竖向抗震研究  14-15
  1．4 选题背景  15-18
  1．5 本文研究的主要内容  18-20
第二章 钢桁架转换层结构试验研究  20-33
  2．1 竖向静力模型试验简介  20-22
    2．1．1 模型设计与试验  20
    2．1．2 加载方案  20-21
    2．1．3 测点布置  21-22
    2．1．4 模型试验主要结果  22
  2．2 转换层结构施工过程现场实测  22-31
    2．2．1 测点布置  22-24
    2．2．2 测试方法及仪器  24-25
    2．2．3 位移实测结果与分析  25-27
    2．2．4 应变实测结果与分析  27-31
    2．2．5 钢桁架上弦与钢筋混凝土梁的组合作用  31
  2．3 本章小结  31-33
第三章 地基不均匀沉降与日照温差对钢桁架转换层的影响  33-45
  3．1 不均匀地基沉降对钢桁架转换层结构的影响  33-38
    3．1．1 沉降观测结果分析  33-35
    3．1．2 不均匀地基沉降作用的计算方法  35-36
    3．1．3 不均匀沉降作用下的附加内力与变形计算  36-38
  3．2 日照温差对钢桁架转换层结构的影响  38-43
    3．2．1 钢桁架转换层结构日照温差作用效应分析  38-41
    3．2．2 温度效应有限元模拟与计算分析  41-43
  3．3 本章小结  43-45
第四章 带钢桁架转换层结构的竖向地震弹性反应分析  45-58
  4．1 竖向地震弹性反应分析理论  46-51
    4．1．1 振动方程与振型分解  46-49
    4．1．2 反应谱法求地震反应  49
    4．1．3 地震作用效应的组合  49-50
    4．1．4 时程法求解地震反应  50-51
  4．2 不同计算方法的比较及竖向地震响应分析  51-57
    4．2．1 振型组合方法的比较  51-54
    4．2．2 振型截断  54-56
    4．2．3 钢桁架的竖向地震内力分布  56-57
  4．3 本章小结  57-58
第五章 带转换层建筑结构竖向静力弹塑性分析  58-79
  5．1 静力弹塑性分析方法简介  58-63
    5．1．1 发展概况  58-59
    5．1．2 Push-over方法的基本原理和实施步骤  59-61
    5．1．3 Push-over分析的加载模式  61-63
  5．2 能力谱法  63-68
    5．2．1 几种常见能力谱方法的比较  63-65
    5．2．2 能力谱与需求谱曲线的建立  65-68
  5．3 竖向地震作用的静力弹塑性分析方法  68-70
    5．3．1 模拟竖向地震荷载的分布模式  69
    5．3．2 构件塑性铰特性计算  69-70
    5．3．3 需求谱的建立  70
  5．4 方法验证  70-74
    5．4．1 试验模型介绍  70-71
    5．4．2 Push-over分析采用的计算模型  71-72
    5．4．3 Push-over计算结果与竖向静力试验结果的对比与分析  72-73
    5．4．4 破坏机构  73-74
  5．5 带转换层结构的竖向静力弹塑性分析  74-78
    5．5．1 计算模型的建立  75
    5．5．2 塑性铰出铰次序及位置  75-76
    5．5．3 能力谱法评估结构抗震能力  76-78
  5．6 本章小结  78-79
第六章 结论与展望  79-82
  6．1 结论  79-80
  6．2 展望  80-82
参考文献  82-87
致谢  87

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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