基于抗震性能的框架—核心筒结构体系优化设计

发布时间：2017-07-05 10:01

  本文关键词：基于抗震性能的框架—核心筒结构体系优化设计

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【摘要】：框架-核心筒结构是高层和超高层建筑结构中最常用的结构体系,钢筋混凝土核心筒是框架-核心筒结构中主要的抗侧力构件,筒体抗震性能的好坏对框架-核心筒结构整体的抗震性能有很大影响。目前对核心筒抗震性能的研究还不完善,不能完全满足工程建设的需要。本文将采用理论分析和有限元分析的方法,对核心筒在水平荷载作用下的结构变形性能、破坏模式、延性性能及连梁塑性耗能进行了分析研究,主要包括以下几个方面：通过将上下变厚度核心筒的截面连续化的方式,将核心筒抗侧刚度等效为高度的一次、二次、三次公式,通过计算比较它们与等厚度四种布置方式核心筒在水平荷载作用下的结构顶点位移和最大层间位移角,研究发现厚度采用高度的二次及三次公式等效时核心筒具有较小的变形,建议核心筒在布置时厚度采用高度的二次公式的方式等效。通过比较核心筒的破坏形态,提出核心筒理想的破坏模式是底部截面先发生弯曲破坏。研究核心筒的内力分布和承载能力,得到核心筒高宽比与破坏模式的关系。通过计算核心筒的抗弯和抗剪承载能力,得到核心筒底部截面发生弯曲和剪切同时破坏时核心筒的剪跨比,并将它与常用尺寸核心筒的剪跨比比较,发现高宽比大于6.75的核心筒在侧向荷载作用下主要会先发生弯曲破坏。根据对称性,将核心筒表示为带翼缘联肢墙,并对它在水平荷载作用下的位移延性进行了理论分析,通过推导得到核心筒位移延性表达式。根据核心筒各参数的关系,建立核心筒位移延性与连梁强度、墙肢高宽比、墙肢轴压比、混凝土极限压应变等参数的关系式,并在此分析的基础上提出核心筒的延性设计方法。采用ABAQUS软件对核心筒模型进行地震时程分析,研究了连梁的塑性分布与结构塑性耗能,并提出了适度增大中部连梁高度,减少上部连梁高度的布置方法,使核心筒受到地震作用时更多连梁发生屈服耗能,连梁塑性发展更均匀。将新的连梁设计方案与原来等高连梁设计方案进行对比分析,发现适度增强中部和减弱上部连梁可以促进结构连梁塑性均匀发展。
【关键词】：钢筋混凝土核心筒 抗震性能 变形 破坏模式 延性 塑性耗能
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU973.17;TU973.31
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 核心筒抗震性能试验研究现状12-15
• 1.2.2 核心筒抗震性能理论研究现状15-19
• 1.2.3 存在的问题和不足19
• 1.3 论文研究内容及意义19-20
• 1.4 论文组织结构20
• 参考文献20-23
• 第二章 竖向变刚度核心筒变形性能分析23-47
• 2.1 前言23
• 2.2 核心筒截面变化规律分析23-26
• 2.2.1 结构受力分析23-24
• 2.2.2 结构变形研究24-26
• 2.3 弹性变形分析模型26-28
• 2.3.1 简化平面模型26
• 2.3.2 荷载作用26-28
• 2.4 变刚度核心筒弯曲变形分析28-45
• 2.4.1 等厚度核心筒变形性能分析29-31
• 2.4.2 核心筒厚度一次规律变化时的变形性能分析31-33
• 2.4.3 核心筒厚度二次规律变化时的变形性能分析33-35
• 2.4.4 核心筒厚度三次规律变化时的变形性能分析35-37
• 2.4.5 核心筒顶点位移分析37-41
• 2.4.6 变刚度核心筒层间变形分析41-45
• 2.5 本章小结45-46
• 参考文献46-47
• 第三章 核心筒结构破坏模式分析47-61
• 3.1 前言47
• 3.2 核心筒破坏形态47-49
• 3.2.1 弯曲破坏47-48
• 3.2.2 剪切破坏48
• 3.2.3 合理破坏模式48-49
• 3.3 核心筒截面受力分析49-52
• 3.3.1 弯矩和剪力分布49-51
• 3.3.2 高宽比的影响51-52
• 3.4 核心筒承载能力分析52-57
• 3.4.1 核心筒简化分析模型52
• 3.4.2 核心筒抗弯承载能力分析52-55
• 3.4.3 核心筒抗剪承载力55-57
• 3.5 核心筒破坏形态分析57-59
• 3.5.1 界限剪跨比分析57-58
• 3.5.2 不同高宽比核心筒的破坏模式58-59
• 3.6 本章小结59
• 参考文献59-61
• 第四章 核心筒抗震延性性能分析61-79
• 4.1 前言61-62
• 4.2 结构延性62-64
• 4.2.1 延性指标62-63
• 4.2.2 剪力墙位移延性与曲率延性关系63-64
• 4.3 核心筒分析模型64-66
• 4.4 墙肢屈服与破坏66-71
• 4.4.1 墙肢屈服66-67
• 4.4.2 墙肢破坏67-70
• 4.4.3 墙肢延性70-71
• 4.5 核心筒延性性能分析71-76
• 4.5.1 影响因素分析71-73
• 4.5.2 核心筒延性分析73-76
• 4.6 核心筒延性设计方法76
• 4.7 本章小结76-77
• 参考文献77-79
• 第五章 基于塑性耗能的连梁设计研究79-93
• 5.1 前言79
• 5.2 破坏形态与耗能作用79-80
• 5.2.1 连梁的破坏形态79
• 5.2.2 连梁的耗能作用79-80
• 5.3 连梁内力分布80-83
• 5.3.1 弹性内力分布80-82
• 5.3.2 塑性内力分布82-83
• 5.4 核心筒结构弹塑性地震时程分析83-88
• 5.4.1 结构基本信息83
• 5.4.2 有限元分析模型83-84
• 5.4.3 地震波选择84-86
• 5.4.4 时程分析结果86-88
• 5.5 变连梁核心筒分析88-91
• 5.5.1 塑性耗能89
• 5.5.2 结构塑性发展情况89-91
• 5.6 本章小结91
• 参考文献91-93
• 第六章 总结与展望93-95
• 6.1 总结93
• 6.2 展望93-95
• 致谢95-97
• 作者简介97

【参考文献】

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本文编号：521461