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采动与地震共同作用下建筑物的破坏过程研究

作　者: 张春礼
导　师: 于广明
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 滞回模型损伤模型采动地震作用时程分析
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国煤炭资源丰富,煤田众多,特别是华东、华北、东北及西南各省区,大小煤矿十分密集,且与城镇、道路、水系紧密相连。中国又是一个多地震的国家,几乎所有大城市都位于地震设防区域。随着我国现代化进程的不断发展,正确进行建筑物的抗震-抗采动设计是一个十分重要且紧迫的课题,而掌握建筑物在采动及地震双重作用下的损伤演化规律则是解决问题的关键所在。为此,本文依托国家自然科学基金项目(名称:地震区煤矿采动建筑物双重保护的基础理论研究,编号:50804026),从采动及地震对地表建筑物的危害性出发,在已有研究的基础上建立了杆系高层钢筋混凝土框架结构模型,通过大型通用有限元软件ANSYS予以实现,并进行了采动作用分析、地震作用分析及采动-地震耦合作用分析。主要内容如下:(1)介绍了本课题的研究背景及意义;综述了当前采动、地震对地表建筑物影响的研究现状;提出了运用损伤观点研究钢筋混凝土结构在地震及采动作用下破坏过程的思想方法;(2)探讨了钢筋混凝土结构弹塑性分析中所用的各种结构分析模型、单元分析模型、恢复力模型、损伤模型及各种结构地震反应分析方法,并对比分析了不同模型及分析方法的优劣;(3)详细讨论了采动对地表建筑物的影响机理,重点介绍了采动引起的地表变形对上部建筑物结构的损伤影响特点;(4)采用简化的三折线等向强化滞回模型及三维空间杆系模型建立钢筋混凝土框架结构整体计算模型,并采用动力时程分析法作为地震反应分析方法;(5)通过ANSYS分析了采动对钢筋混凝土框架结构的影响,获得了采动过程中随着地表变形结构中构件内力的分布及变化规律;(6)通过ANSYS对处于采动不同影响阶段的建筑物进行了地震作用下的动力时程分析,得到了钢筋混凝土结构在采动及地震双重作用下各种位移值、时程曲线及塑性铰的发展变化规律;(7)采用钢筋混凝土结构整体损伤分析模型,通过ANSYS分析得到了结构在采动及地震作用下各个阶段的损伤指标,得出了钢筋混凝土框架结构的损伤演化规律。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
第1章绪论  12-24
  1.1 问题的提出  12-13
  1.2 问题的研究意义  13-15
    1.2.1 采动对地面建筑物影响的研究意义  13-14
    1.2.2 地震对建筑物结构影响的研究意义  14
    1.2.3 地震区煤矿采动建筑物双重保护的研究意义  14-15
  1.3 国内外研究现状及分析  15-22
    1.3.1 采动对地表建筑物的影响  15-17
    1.3.2 强震作用下钢筋混凝土结构的动力分析  17-20
    1.3.3 钢筋混凝土结构损伤研究现状  20-22
  1.4 本文的研究内容  22-24
第2章相关的基础理论  24-47
  2.1 钢筋混凝土框架结构弹塑性分析模型  24-33
    2.1.1 钢筋混凝土结构分析模型  24-26
    2.1.2 单元分析模型  26-28
    2.1.3 恢复力模型  28-33
    2.1.4 “P-△”效应  33
  2.2 结构地震反应分析方法  33-40
    2.2.1 底部剪力法  34-35
    2.2.2 振型分解法  35-38
    2.2.3 弹塑性静力分析法  38
    2.2.4 动力时程分析法  38-40
  2.3 采动相关理论  40-43
    2.3.1 采动对地表的影响机理  40-41
    2.3.2 采动影响下地表变形对建筑物的影响  41-43
  2.4 结构损伤模型理论  43-46
    2.4.1 结构损伤的基本概念  43-44
    2.4.2 钢筋混凝土结构整体损伤模型  44-46
  2.5 本章小结  46-47
第3章采动钢筋混凝土框架结构有限元模型的建立  47-61
  3.1 有限元介绍  47-48
    3.1.1 有限元法介绍  47-48
    3.1.2 有限元程序介绍  48
  3.2 ANSYS程序介绍  48-52
    3.2.1 ANSYS的特点介绍  48-49
    3.2.2 ANSYS功能模块  49-51
    3.2.3 结构分析模块简介  51-52
  3.3 本文模型相关问题的解决  52-57
    3.3.1 单元模型的选择  52-53
    3.3.2 计算模型的单元参数  53-55
    3.3.3 边界条件及计算荷载  55-56
    3.3.4 地震波的选取与调整  56-57
  3.4 计算模型在ANSYS中的实现  57-60
    3.4.1 结构概况  57-59
    3.4.2 模型的建立  59-60
  3.5 本章小结  60-61
第4章采动对地表钢筋混凝土框架结构的影响分析  61-73
  4.1 引言  61-62
  4.2 采动钢筋混凝土建筑物的数值模拟  62-64
    4.2.1 模型建立  62-63
    4.2.2 荷载施加方式  63-64
  4.3 结果分析  64-72
    4.3.1 不均匀沉降对建筑物上部结构的影响  64-69
    4.3.2 地表水平变形对建筑物上部结构的影响  69-72
  4.4 本章小结  72-73
第5章采动钢筋混凝土框架结构在地震作用下的反应及损伤演化分析  73-94
  5.1 引言  73-74
  5.2 本文的基本假设  74
  5.3 结构自振反应分析  74-77
  5.4 采动钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析  77-91
    5.4.1 最大位移、层间位移及层间位移角反应  78-82
    5.4.2 时程曲线分析  82-84
    5.4.3 结构塑性铰分布  84-91
  5.5 采动钢筋混凝土框架结构地震损伤演化分析  91-92
  5.6 小结  92-94
第6章结论与展望  94-96
  6.1 主要结论  94-95
  6.2 展望  95-96
参考文献  96-100
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  100-101
致谢  101

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