部分型钢混凝土框架—核心筒混合结构地震损伤破坏数值模拟

发布时间：2017-09-11 00:14

  本文关键词：部分型钢混凝土框架—核心筒混合结构地震损伤破坏数值模拟

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【摘要】：型钢混凝土框架-核心筒混合结构是高层建筑中广泛运用的结构形式之一,此种结构形式具有较好的抗震性能,但在地震设防区的抗震损伤破坏机制和过程的研究不充分。以往研究采用梁单元简化模拟梁、柱,无法准确了解地震作用过程中构件或局部区域的损伤发展破坏过程。若采用全局粗网格模型进行分析,则局部区域的计算精度不高;若采用全局细网格模型进行分析,则单元数目巨大,设备要求高,计算成本巨大。鉴于此,本文参考某型钢混凝土框架-核心筒混合结构建立实体单元简化模型,使用ABAQUS软件分析结构在地震作用下的响应,利用子模型技术对局部重点区域进行精细化分析,对结构整体和局部构件损伤破坏机制和过程进行研究。本文的主要研究内容包括:首先,参考某40层型钢混凝土框架-核心筒结构建立简化有限元模型,通过对比三维模型和简化模型在等效风荷载作用下位移响应,验证简化模型合理可行。其次,通过结构弹性时程分析,获得结构整体模型在地震作用作用下响应。并对th4波后期地震加速度减小但位移突然增加的现象进行分析。将整体模型得到的位移边界条件运用到子模型中得到相对应的地震作用响应。通过对比子模型和整体模型相关指标,包括层位移、层间位移、应力及趋势,验证子模型技术能够运用到结构分析中并以小代价获得高精度结果,子模型技术合理可行。再次,采用混凝土损伤本构模型对结构整体模型进行7度和8度罕遇地震作用下弹塑性时程分析。对比罕遇地震作用下结构弹性和弹塑性地震响应之间的差异;研究了罕遇地震作用下结构弹塑性变形特性、损伤区域、损伤演化过程等。最后,通过子模型技术对整体结构中的关键部位(结构底部10层区域)、部分剪力墙、梁-柱节点等进行弹塑性时程分析。研究结构区域、构件应力分布特征、裂缝形成发展、损伤和屈服机制等。结果表明:结构在7度和8度罕遇地震作用下能够实现大震不倒的抗震设防要求。构件的损伤破坏顺序始于连梁端部,发展于主梁端部,其次剪力墙底部和中上部,柱基本完好。结构构件的损伤破坏严重程度为:连梁-主梁-剪力墙-柱。结构通过部分构件自身的损伤为代价换得整体结构良好的抗震性能。连梁和主梁在地震过程中形成塑性铰,其形成塑性铰机制;剪力墙底部损伤严重,出现大量水平裂纹并且剪力墙左右侧裂缝有贯通的趋势,剪力墙中的型钢能够抑制裂缝向剪力墙内部的延伸,但在不同地震波作用下损伤程度和范围有差异性;框架柱底部出现细微的损伤,外框架能够实现强柱弱梁的设计目标。结构能够实现第一道抗震防线即部分梁或连梁在梁端一定范围出现塑性铰。从梁端塑性铰发生较大转动到外框柱底部(剪力墙底部)破坏为特征的第二道抗震防线尚未形成。在形成第二道抗震防线过程中,结构消耗大量地震能量,以此抵抗地震作用。从本文分析研究中,加深对型钢混凝土框架-核心筒混合结构整体弹塑性分析方法和过程的理解、结构损伤破坏过程的了解,以及通过运用子模型技术避免因单元过多、耗时耗材的问题,从而实现小代价高精度的分析方法,望对实际工程前期分析提供一定程度借鉴和参考。
【关键词】：混合结构 弹塑性时程分析 子模型 损伤破坏
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU973.17;TU973.31
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-12
• 1.2 型钢混凝土框架-核心筒混合结构国内研究现状12-16
• 1.3 型钢混凝土框架-核心筒混合结构国外研究现状16
• 1.4 有限元子模型数值模拟研究现状16-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 2 有限元法及子模型技术19-31
• 2.1 子模型技术19-22
• 2.1.1 子模型技术简介19-20
• 2.1.2 子模型技术使用原理20-22
• 2.2 结构动力时程分析方法22-24
• 2.3 材料模型24-30
• 2.3.1 混凝土损伤塑形模型25-29
• 2.3.2 钢材模型29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 部分型钢混凝土框架-核心筒结构弹性分析31-63
• 3.1 结构模型与简化31-32
• 3.2 地震波选取与调整32-36
• 3.3 风荷载作用下结构响应36-38
• 3.4 结构的弹性动力时程分析38-61
• 3.4.1 结构模态分析38-41
• 3.4.2 整体模型弹性动力时程分析41-47
• 3.4.3 子模型弹性动力时程分析47-49
• 3.4.4 子模型与整体模型对比分析49-61
• 3.5 本章小结61-63
• 4 部分型钢混凝土框架-核心筒结构弹塑性分析63-83
• 4.1 7 度罕遇地震作用下结构整体位移分析63-68
• 4.1.1 弹性与弹塑性整体顶层位移对比分析63-65
• 4.1.2 整体层位移、层间位移分析65-68
• 4.2 8 度罕遇地震作用下结构整体位移分析68-72
• 4.3 子模型分析72-81
• 4.3.1 7 度(0.1g)罕遇地震作用下结构底部损伤破坏分析72-77
• 4.3.2 8 度(0.2g)罕遇地震作用下结构底部损伤破坏分析77-81
• 4.4 本章小结81-83
• 5 部分构件及剪力墙损伤分析83-103
• 5.1 局部构件的选取83
• 5.2 型钢截断处梁及附近部分损伤分析83-90
• 5.3 底部剪力墙损伤分析90-100
• 5.4 本章小结100-103
• 6 结论与展望103-105
• 6.1 全文总结103
• 6.2 本文创新点103-104
• 6.3 今后研究展望104-105
• 致谢105-107
• 参考文献107-110

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1 朱s，

本文编号：827464