城市震害模拟中的RC框架结构自动化精细建模方法研究

发布时间：2020-02-17 13:26

【摘要】：我国地震频发,地震曾造成了大量人员伤亡和财产损失。震害经验表明,建筑的倒塌是造成人员伤亡的最主要因素。随着我国城市化的快速发展,大量人口和财富在城市聚集,城市变得日益复杂和脆弱,作为城市活动的主要载体的建筑,其抗震性能对城市的抗震能力至关重要。因此,需要采取措施最大限度的减轻地震灾害风险,提高我国城市地震灾害防御能力。目前,数值模拟手段已成为分析城市建筑群地震行为(特别是缺乏震害经验的区域)的重要手段,可用于评估城市的抗震减灾能力,发现城市薄弱环节,为政府开展防震减灾工作提供有力的依据。城市建筑群震害模拟的重要挑战之一是如何对数量庞大的城市建筑进行合理建模,并准确地模拟出建筑物在地震下的破坏行为。获取每一栋建筑结构的图纸和详细信息有一定的局限性和很大的难度,建立模型并对其进行数值模拟、计算分析过程繁琐复杂,耗时时间长,需要投入大量的人力、物力和财力,不切合实际,难以实现。目前,城市层次的逐栋建模主要基于简化的层模型,并充分利用GIS数据对城市进行自动化建模。为了进一步克服层模型缺乏对结构破坏模式、损伤细节和损伤机理等因素考虑的不足,本文针对城市中最为典型的结构形式—钢筋混凝土(RC)框架结构,探索出了基于精细纤维模型结构的自动化精细建模方法。本文主要工作包括:(1)总结归纳了钢筋混凝土结构在地震作用下的动力特性和典型震害,对国内外不同结构震害模拟方法进行了对比分析,并提出了目前研究中急需解决的问题。(2)建立了基于精细纤维模型的RC框架结构自动化精细建模方法,并进行了程序实现。在已知结构层数、屋顶形状及面积的条件下,基于框架结构自振周期经验公式估算出结构的自振周期,运用结构动力学理论和多高层结构建筑设计方法求解出结构的层间刚度和梁、柱尺寸。基于规范要求,提出了梁、柱截面的简化配筋方法,最终实现了从有限建筑信息到每个构件配筋的自动化设计方法。(3)采用非线性有限元软件MSC.MARC的命令流和参数化建模技术,给出了自动化建模技术的程序实现方法,并实现了基于用户子程序THUFIBER的框架结构弹塑性分析。(4)选取了3个实际RC框架结构,分别对其进行基于图纸的手工建模和基于本文建议方法的自动化精细建模。通过对结构自振周期和在地震作用下的层间位移角的对比分析,验证了本文提出的RC框架结构自动化精细建模方法的合理性与可行性。
【图文】：

混凝土受压应力—应变曲线

钢筋受拉应力—应变曲线
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU375.4;TU352.11

【参考文献】

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本文编号：2580422