带转换结构钢筋混凝土井塔受力性能数值模拟研究

发布时间：2020-02-17 23:27

【摘要】：井塔是一类重要的工业建筑物,在矿井建设和生产过程中起着重要的作用,它是矿井上下人员和物资运输的重要保障。现在很多立井使用冻结法施工,冻结管的布置使内框架柱桩基础很难满足设计深度,增加了施工成本和难度,因此产生了带转换结构的井塔。目前对于此类新型井塔的研究和应用还很少,所以对带转换结构井塔的受力性能进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以某带转换结构钢筋混凝土井塔实际工程为依托,采用SAP2000有限元软件对井塔结构建立整体模型进行数值模拟研究,通过模态分析、反应谱分析、弹性时程分析和Push-over分析研究了井塔在常遇和罕遇地震作用下的受力性能特点,并根据其塑性铰发展情况判断出井塔结构的薄弱位置并提出改进建议。然后,通过改变转换梁刚度、转换层上下侧向刚度比以及楼板计算假定,分析了这些因素的变化对井塔结构抗震性能的影响。通过分析研究发现,带转换结构井塔的薄弱位置出现在第五层,在罕遇地震作用时,第五层部分梁端首先发生破坏,接着,二层内框柱底出现塑性铰,所以在井塔设计中应该对转换梁托柱底部进行适当加强。随着转换梁刚度的增大,井塔的整体抗震性能有了一定提升,楼层位移和层间位移角都有小幅度的减小,但转换梁的地震剪力和弯矩均增大很多,并且下层扶壁柱的剪力和弯矩值也有一定增大,这对于结构的抗震不利。在实际工程应用当中,转换梁刚度的提高不但使设计增添了难度,增加了工程成本,对结构的抗震性能贡献也不大,因此,对于带转换结构的内框外箱型井塔,在满足建筑结构要求的前提下,适当弱化转换梁刚度有利于改善结构抗震性能,建议避免高窄梁,采用宽扁梁。随着井塔转换层上下侧向刚度比的减小,井塔在两个水平方向上的整体抗侧刚度均增大,楼层位移和层间位移角有所减小,转换梁和扶壁柱的内力也相应减少,但减小的比率也在逐渐缩小,所以在满足经济要求的情况下,通过改变井塔结构剪力墙厚度来减小转换层上下侧向刚度比值,对井塔整体结构抗震有利,并可以使托住转换梁在地震作用下的内力减小很多。井塔采用不同楼板计算假定对结构地震作用效应有着显著的影响,其中转换层的楼板假定是影响转换梁地震效应的主要因素,其余各层楼板假定对转换梁内力影响不大,采用刚性板假定得到的井塔层间位移角和内框柱分配剪力都偏小,当井塔应用刚性板假定计算结构的抗震变形和内力满足规范要求时,弹性板假定未必满足要求,因此,对于复杂特殊的建筑结构,应该使用弹性楼板假定进行结构的抗震验算。通过本文对带转换结构钢筋混凝土井塔抗震性能的研究,可为类似的结构设计及抗震分析提供参考。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU375

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