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基于ANSYS的巨型框架—筒体结构抗震性能分析

作　者: 龚大菊
导　师: 刘蓉华
学　校: 西南交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 巨型框架-筒体结构多遇地震反应谱 ANSYS 巨型梁优化设计
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

巨型框架-筒体结构是在框架筒体结构的基础上发展起来的一种新型结构形式,其在传力性能、材料的综合使用效率以及满足结构功能等方面,有着传统结构无法替代的优势。该结构属于大型复杂结构,其受力性能,地震下破坏机理比普通结构复杂得多,目前在工程实践中已经得到运用,但国内外理论研究成果还很少,且无规范可查,因此对其进行深入研究具有十分重要的意义。本文基于有限元分析理论,主要从对巨型框架筒体结构抗震性能的影响参数入手,分析对比各种情况影响下结构的地震响应,并对巨型框架筒体结构的筒体厚度进行地震作用下的优化分析,为结构设计及深入的理论研究提供参考。目前规范未对巨型框架筒体结构巨型梁的设置位置及层数做出建议,在实际工程设计中了解结构各参数对结构抗震性能的影响规律有利于对结构构件做出合理选择,从而节省材料,提高设计效率；在结构优化设计方面,目前对大型结构采用ANSYS进行地震作用下的优化设计研究很少,因此本文所做的研究具有理论价值和实际运用价值。本文的主要内容包括四个部分：1)研究巨型梁位置改变、层数变化对巨型框架筒体结构抗震性能的影响。2)研究结构构件参数影响下巨型框架筒体结构的抗震性能。3)对比分析巨型梁相邻下层次柱的设置对巨型框架筒体结构抗震性能的影响。4)以筒体体积最小为目标,筒体厚度为变量,最大层间侧移值为约束条件对结构的筒体厚度进行地震作用下的优化分析。本文研究表明,巨型梁设置位置及层数的变化对结构的自振特性及地震内力分布及位移有较大影响,从本文的研究结果来看建议每隔9～12层设置一道巨型梁,并沿楼高均匀布置,当只设一道巨型梁时,宜在结构的中部设置,这样既可以较好的约束结构的位移变形,有较好的自振特性,又使得结构的内力突变不至于过大；组成结构的各构件尺寸并不是越大对结构抗震越有利,而是存在最优值,从所分析的几个参数来看将结构质量主要集中在下部,即降低结构的质心高度,结构的自振特性较好,有利于充分发挥材料的作用,对整个结构的抗震性能是有利的；工程实践中通常取消巨型梁相邻下层处次框架柱的做法对结构抗震是不利的,应避免或采取加强措施；筒体厚度的改变对巨型框架筒体结构的刚度影响很大,对筒体厚度进行地震作用下的优化分析,可以有效减少材料,节省造价,达到既经济又安全的目的。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-18
  1.1 巨型框架结构体系的应用及研究现状  11-13
    1.1.1 巨型框架结构工程应用  11-12
    1.1.2 巨型框架结构抗震性能研究现状  12-13
  1.2 巨型框架-筒体结构的应用及研究现状  13-16
    1.2.1 巨型框架-筒体结构工程运用  13-16
    1.2.2 巨型框架-筒体结构抗震研究现状  16
  1.3 本文研究的目的和意义  16-17
  1.4 本文主要研究工作  17
  1.5 本章小结  17-18
2 巨型框架-筒体结构抗震分析理论  18-25
  2.1 结构分析理论  18-19
    2.1.1 结构计算假定  18
    2.1.2 结构计算分析方法  18-19
    2.1.3 有限元法  19
  2.2 结构模态分析  19-21
    2.2.1 模态分析方法  19-20
    2.2.2 质量矩阵  20-21
  2.3 结构地震响应分析方法  21-22
  2.4 有限元模型  22-24
    2.4.1 单元选择原则及模型深度  22-23
    2.4.2 模型单元  23-24
  2.5 本章小结  24-25
3 巨型梁对巨型框架-筒体结构抗震性能的影响  25-50
  3.1 设置一道巨型梁位置变化的影响  26-36
    3.1.1 自振特性影响分析  26-29
    3.1.2 地震响应分析  29-36
  3.2 设置两道巨型梁位置变化的影响  36-42
    3.2.1 自振特性对比分析  36-37
    3.2.2 地震响应分析  37-42
  3.3 设置三道巨型梁位置变化的影响  42-43
  3.4 巨型梁数量对抗震性能的影响  43-48
    3.4.1 自振特性的影响分析  44-45
    3.4.2 地震响应对比分析  45-48
  3.5 本章小结  48-50
4 巨型框架-筒体结构各参数影响分析  50-67
  4.1 筒体厚度  50-58
    4.1.1 筒体厚度变化对自振特性的影响  50-52
    4.1.2 筒体厚度变化对地震响应的影响  52-58
  4.2 楼板厚度  58-61
    4.2.1 楼板尺寸对自振特性的影响  58-59
    4.2.2 楼板尺寸对位移的影响  59-60
    4.2.3 对内力的影响  60-61
  4.3 巨型柱截面尺寸  61-64
    4.3.1 巨型柱改变对自振特性的影响  61-62
    4.3.2 巨型柱改变对地震响应的影响  62-64
  4.4 次框架柱截面尺寸  64-66
  4.5 本章小结  66-67
5 巨型框架-筒体结构抗震性能对比分析  67-76
  5.1 引言  67-68
  5.2 模态分析  68-70
  5.3 反应谱分析  70-75
    5.3.1 振型组合数  70-72
    5.3.2 反应谱分析  72-75
  5.4 本章小结  75-76
6 地震作用下筒体厚度优化设计  76-82
  6.1 结构优化设计概述  76-77
  6.2 基于ANSYS的结构优化设计  77-79
    6.2.1 优化设计变量  77
    6.2.2 优化方法及收敛准则  77-78
    6.2.3 优化步骤  78-79
  6.3 优化分析结果  79-81
  6.4 本章小结  81-82
结论  82-84
致谢  84-85
参考文献  85-87

基于ANSYS的巨型框架—筒体结构抗震性能分析

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