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框架—剪力墙结构非线性时程分析

作者：朱亚鹏 Publish: 2007-9-27 Hits:-

【中文题名】

框架—剪力墙结构非线性时程分析

【英文题名】

Nonlinear Time-history Analysis of Frame-Shear Wall Structure

【学科专业】

结构工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-9-27

【中关键词】

高层建筑,框架-剪力墙结构,非线性单元模型,时程分析,程序设计,

【英关键词】

High-rise Buildings,Frame-shear Wall Structure,Nonlinear Element Model,Time-history Analysis,Program Design,

【分类导航】

工业技术>建筑科学>高层建筑>高层建筑结构>结构类型与体系>框架、剪力墙体系

【论文摘要】

高层建筑在我国发展迅速,其高度越来越大,结构型式也越来越复杂,高层建筑第二阶段的抗震设计变得更加困难和复杂。因此,开发针对于复杂高层的非线性单元模型,对复杂高层建筑进行时程分析研究,具有一定的理论意义和重要的实用价值。在认真总结了现有梁、柱、剪力墙非线性单元模型优、缺点的基础上,本文针对于高层框架-剪力墙结构,在纤维模型的基础上,建立了新的梁、柱、剪力墙非线性单元模型,用于高层建筑的非线性时程分析。其中,柱单元是2节点空间非线性单元,梁在柱单元的基础下通过一些假定,简化为2节点平面单元,剪力墙单元为4节点空间非线性单元。这三种单元都是通过定义钢筋和混凝土的恢复力特性,来反映梁、柱、墙构件在地震作用下的非线性性能。本文对如下几个方面进行了研究: (1)建立新的梁、柱非线性单元模型,推导出相应的刚度矩阵; (2)建立新的空间剪力墙非线性单元模型,推导出其刚度矩阵; (3)应用建立起来的非线性单元模型,编制时程分析程序,对实例进行分析,用以检验本文建立模型的准确性和有效性。

【论文题纲】

摘要	5-6
Abstract	6-10
第1章绪论	10-22
1.1 高层建筑发展趋势	10-14
1.2 抗震分析基本理论	14-19
1.2.1 静力理论	14
1.2.2 反应谱理论	14-19
1.2.3 动力理论	19
1.3 结构地震反应分析方法概述	19-20
1.4 本文研究的主要内容	20-22
第2章整体结构分析模型的选取	22-31
2.1 高层建筑常用结构体系概述	22-23
2.2 高层建筑常用结构分析模型概述	23-25
2.2.1 层间模型	23-24
2.2.2 杆系模型	24
2.2.3 杆系-层间模型	24-25
2.2.4 有限元模型	25
2.3 本文选用结构分析模型的说明	25-31
2.3.1 基本假定	25-26
2.3.2 结构振动模型	26
2.3.3 质量矩阵	26
2.3.4 动力刚度矩阵	26-28
2.3.5 阻尼矩阵	28-29
2.3.6 几何非线性( P-Δ效应)	29-31
第3章梁柱单元非线性模型研究	31-40
3.1 引言	31
3.2 常用宏观梁柱单元模型	31-34
3.2.1 梁柱平面非线性杆单元模型	31-33
3.2.2 梁柱空间非线性杆单元模型	33-34
3.3 本文空间纤维柱单元模型的建立	34-38
3.3.1 空间纤维柱单元组成说明	34-35
3.3.2 纤维弹簧元说明	35
3.3.3 空间纤维柱单元刚度矩阵的推导	35-38
3.4 本文平面纤维梁单元模型的建立	38-40
3.4.1 平面纤维梁单元组成说明	38
3.4.2 平面纤维梁单元刚度矩阵的推导	38-40
第4章剪力墙单元非线性模型研究	40-51
4.1 常用剪力墙非线性分析模型	40-42
4.2 本文剪力墙单元模型的建立	42-48
4.2.1 带边柱空间墙单元的组成	42
4.2.2 模型的基本假定	42-43
4.2.3 平面纤维墙单元	43-45
4.2.4 带边柱空间墙单元刚度矩阵的推导	45-48
4.3 墙元模型的优点和使用注意事项	48-51
4.3.1 本文墙元的优点	48-49
4.3.2 使用注意事项	49-51
第5章恢复力模型的选取	51-58
5.1 确定恢复力模型的方法	51
5.2 钢筋混凝土杆件非线性恢复力模型	51-52
5.3 本文纤维子单元及剪力墙剪切弹簧的恢复力模型	52-58
5.3.1 混凝土纤维子单元的滞回模型	52-55
5.3.2 钢筋纤维子单元的滞回模型	55
5.3.3 平面纤维墙元中剪切子单元的滞回模型	55-58
第6章计算机程序的编制说明	58-65
6.1 引言	58
6.2 框架-剪力墙结构静力线性分析步骤	58-59
6.3 框架-剪力墙结构静力非线性分析步骤	59-60
6.4 框架-剪力墙非线性时程分析步骤	60-62
6.5 非线性时程分析当中的几个重要问题	62-65
6.5.1 刚性楼板假定在程序中的实现	62
6.5.2 运动微分方程的建立和地震波的输入说明	62-63
6.5.3 非线性动力方程的求解	63
6.5.4 已知主自由度位移求副自由度位移的方法	63-64
6.5.5 拐点处理	64-65
第7章算例分析	65-78
7.1 静力线性分析实例	65-66
7.2 静力非线性分析实例	66-67
7.3 动力非线性分析实例	67-78
7.3.1 美、日合作七层框-剪结构足尺模型抗震试验的介绍	67-69
7.3.2 模拟计算	69-70
7.3.3 试验结果和模拟计算结果的对比	70-78
结论	78-79
参考文献	79-83
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录	83-84
致谢	84

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.123903



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