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基于基础不均匀变形的框架结构承载性状的试验研究

作　者: 马延君
导　师: 燕彬
学　校: 济南大学
专　业: 结构工程
关键词: 不均匀沉降上部结构框架结构有限元分析沉降差
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着时代和经济的发展进步，我国开展城市建设的力度逐年加大与建筑土地逐渐减小的矛盾日益增大，使得人们的目光由地上转为地下。越来越大量的开发地下工程，对土地和周边环境的影响也越来越严重，加上原本存在的湿陷性黄土和山区地基等特殊土质，这些问题都会造成基础不均匀沉降，进而造成上部结构的损伤甚至破坏。钢筋混凝土框架结构是我国建筑中最常见的结构，目前就不均匀沉降对上部结构影响的理论分析较多，但试验和观测较少，所以，通过理论分析和试验研究结合的方式来系统地研究不均匀沉降对结构内力和变形的影响，对人民生活安全和城市建设安全具有非常重大的紧迫性和工程意义。本文的主要内容有：1.介绍基础不均匀沉降的研究目的和意义，以及国内外在这一方面的研究现状；2.介绍结构试验的相似性原理，模型（试件）的设计，结构试验的常用加载方法和混凝土的本构关系和破坏准则；3.进行了Ansys软件的程序介绍，接着对既有建筑上部结构（算例）进行建模与分析，提出5种工况，由结构无沉降（S1工况）开始，沉降从中柱柱脚向两侧柱脚扩展的情况（S2~S5工况），研究各工况下上部结构的内力与变形，并分析工况之间的联系与不同，得出内力和变形的变化规律；4.通过与实际结构相似比1:3的两组单层空间结构试件进行试验，即采用边柱沉降试验和中柱沉降试验来研究基于基础不均匀沉降的上部结构承载性状：观测加载过程中的试件表现和最终试件破坏，得到结构相邻柱沉降差允许值和梁转角正切允许值。对边柱沉降而言，短梁的转角正切为1/54时达到承载能力极限状态，对中柱沉降而言，短梁的转角正切为1/50时达到这一状态。边柱沉降97mm时试件1沉降柱混凝土压酥标志着试件破坏，而中柱沉降84mm时试件2破坏。试验中所观察到的试件混凝土首先发生裂缝和破坏的薄弱部位，可作为实际设计施工和检测加固的参考，为工程的安全提供保证。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-21
  1.1 基础不均匀沉降的研究目的和意义  11-13
  1.2 湿陷性黄土和山区地基  13-14
    1.2.1 湿陷性黄土的概念和特点  13
    1.2.2 山区地基的概念和特点  13-14
  1.3 不均匀沉降的原因及防治措施  14-16
    1.3.1 不均匀沉降的原因  14-15
    1.3.2 不均匀沉降的防治措施  15-16
  1.4 不均匀沉降的国内外研究现状  16-19
  1.5 研究工作  19
  1.6 创新之处  19-21
第二章基本理论  21-31
  2.1 钢筋混凝土非线性有限元分析的意义  21-22
  2.2 结构试验及相似性原理  22-25
    2.2.1 模型试验简介  22
    2.2.2 相似原理  22-23
    2.2.3 几何相似  23
    2.2.4 质量相似  23-24
    2.2.5 荷载相似  24
    2.2.6 物理相似和时间相似  24
    2.2.7 初始条件和边界条件相似  24
    2.2.8 量纲分析  24-25
  2.3 模型（试件）设计  25-26
    2.3.1 模型材料的确定  25
    2.3.2 模型几何尺寸的确定  25-26
  2.4 结构试验的常用加载方法  26
  2.5 混凝土的本构关系和破坏准则  26-29
    2.5.1 概述  26-27
    2.5.2 线性与非线性弹性模型  27
    2.5.3 三向应力下的破坏形态和破坏准则  27-29
  2.6 本章小结  29-31
第三章基于基础不均匀变形的框架结构的有限元分析  31-61
  3.1 程序介绍  31
  3.2 对既有建筑上部结构（算例）的建模与分析  31-58
    3.2.1 Ansys软件建模和分析的步骤  31-33
    3.2.2 基本假定  33
    3.2.3 算例概述  33-34
    3.2.4 模型工况介绍  34
    3.2.5 基于基础不均匀变形的框架结构的有限元分析  34-44
    3.2.6 各工况中框架变形情况综合分析  44
    3.2.7 各工况框架的内力分析  44-58
  3.3 本章小结  58-61
第四章基于基础不均匀变形的框架结构承载性状的试验研究  61-85
  4.1 模型结构（试件）设计  61-66
    4.1.1 原型结构设计  61
    4.1.2 试件设计  61-64
    4.1.3 试件施工步骤  64-65
    4.1.4 试验原理  65-66
  4.2 材性试验  66-67
    4.2.1 钢筋材性  66
    4.2.2 混凝土材性  66-67
  4.3 试验前期工作  67-70
    4.3.1 试验仪器  67
    4.3.2 位移量测  67-69
    4.3.3 应变量测（电阻应变片）  69-70
  4.4 加载方案  70-71
  4.5 试验结果分析  71-83
    4.5.1 边柱沉降（S1工况）结果分析  71-76
    4.5.2 中柱沉降（S2工况）结果分析  76-83
  4.6 本章小结  83-85
第五章结论与展望  85-87
  5.1 研究成果  85-86
  5.2 不足与展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-93
附录  93

基于基础不均匀变形的框架结构承载性状的试验研究

内容摘要

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