基于连续化方法的框架—剪力墙结构简化非线性分析模型理论与试验研究
本文选题:框架-剪力墙结构 + 连续化方法 ; 参考:《福州大学》2014年硕士论文
【摘要】:目前,基于性能的抗震设计是结构地震工程的研究热点。而结构的非线性时程分析又是基于性能的设计的关键技术之一。对框架-剪力墙结构在地震作用下的非线性分析问题,可以选择或拟定各种力学分析模型。其中比较准确的为由非线性构件组成的详细杆系模型,但该类分析模型构建繁琐、计算耗时长,很难运用到高层框架-剪力墙结构的非线性动力分析中。因此为快速分析高层框架-剪力墙结构在强震作用下的薄弱环节和评估结构的整体抗震性能,有必要对杆系模型进行合理简化,以便发展一种对框架-剪力墙结构合理的、能够满足工程要求的简化非线性分析模型。基于此目的,本文主要做了以下工作:1、基于连续化方法,提出了一种适用于刚度和质量沿高度均匀分布的框架-剪力墙结构的简化非线性分析模型:采用刚性楼板假定,将框架-剪力墙结构简化成由弯曲变形悬臂梁和剪切变形悬臂梁组合而成的模型,模型中的弯曲梁和剪切梁分别由每一层的弯曲变形单元和剪切变形单元来模拟,楼层单元质量集中在层高处,两悬臂梁通过设置在楼板处的刚性杆件连接。通过对模型在倒三角分布的侧向荷载作用下的变形和构件内力的推导,得到简化模型的构建流程;2、为探讨简化非线性分析模型的准确性,设计了一榀4层3跨RC框架-剪力墙结构模型并对其进行拟静力试验,研究了其破坏过程、滞回性能、变形性能及刚度强度退化特性等内容。随后分别采用详细杆系模型和本文提出的简化模型对试验进行数值模拟。分析结果表明:三垂直杆模型能模拟试验过程中剪力墙底部塑性区的发展情况,可作为详细杆系模型和简化模型中剪力墙的模拟单元。简化模型计算结果与详细杆系模型计算结果以及试验结果均比较吻合,说明该模型具有较高的精度;3、为进一步讨论简化模型在高层框架剪力墙结构中的适用性,以某一20层框架-剪力墙结构为算例,分别采用详细杆系模型和简化模型对其进行模态分析和静力推覆分析。结果表明,简化模型计算结果与详细杆系模型的计算结果得到了很好的吻合,从而表明采用简化模型对实际框剪结构进行非线性分析具有一定的可行性;4、研究结果表明,本文提出的框架-剪力墙结构简化非线性分析模型具有简便、高效、准确等优点。能够运用于实际高层框架-剪力墙结构中,为此类结构的方案设计和抗震性能评估提供一些参考。
[Abstract]:At present, performance-based seismic design is the focus of structural seismic engineering research. The nonlinear time history analysis is one of the key techniques in performance-based design. For the nonlinear analysis of frame-shear wall structures under seismic action, various mechanical analysis models can be selected or drawn up. The more accurate one is the detailed bar system model composed of nonlinear members. However, the construction of this kind of analysis model is cumbersome and the calculation time is long, so it is difficult to apply it to the nonlinear dynamic analysis of high-rise frame-shear wall structure. Therefore, in order to rapidly analyze the weak link of high-rise frame-shear wall structure under strong earthquake and evaluate the overall seismic performance of the structure, it is necessary to reasonably simplify the bar system model in order to develop a reasonable frame-shear wall structure. The simplified nonlinear analysis model can meet the engineering requirements. For this purpose, this paper mainly does the following work: 1. Based on the continuum method, a simplified nonlinear analysis model for frame-shear wall structures with uniform distribution of stiffness and mass along the height is proposed. The frame-shear wall structure is simplified into a model composed of bending deformation cantilever beam and shear deformation cantilever beam. The bending beam and shear beam in the model are simulated by the bending deformation element and the shear deformation element of each layer, respectively. The mass of the floor unit is concentrated on the upper floor, and the two cantilever beams are connected by rigid members arranged on the floor. Through the derivation of the deformation of the model and the internal force of the member under the lateral load of the inverted triangle distribution, the construction process of the simplified model is obtained, and the accuracy of the simplified nonlinear analysis model is discussed. A four-story 3-span RC frame-shear wall structure model is designed and tested by quasi-static test. The failure process, hysteretic performance, deformation performance and stiffness strength degradation characteristics are studied. Then the detailed bar model and the simplified model proposed in this paper are used to simulate the test. The results show that the three vertical bar model can simulate the development of the plastic zone at the bottom of the shear wall during the test, and can be used as the simulation element of the shear wall in the detailed bar system model and the simplified model. The calculated results of the simplified model are in good agreement with the calculated results of the detailed bar system model and the experimental results, which show that the model has a high accuracy. In order to further discuss the applicability of the simplified model in the high-rise frame shear wall structure, Taking a 20-story frame-shear wall structure as an example, the detailed bar system model and simplified model are used for modal analysis and static push-over analysis respectively. The results show that the simplified model is in good agreement with that of the detailed bar system model, which indicates that it is feasible to apply the simplified model to the nonlinear analysis of the actual frame-shear structure. The simplified nonlinear analysis model of frame-shear wall structure presented in this paper is simple, efficient and accurate. It can be applied to the practical high-rise frame-shear wall structure and provide some references for the scheme design and seismic performance evaluation of this kind of structure.
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU973.16
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,本文编号:2118256
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