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混凝土框架结构“强柱弱梁”机制的静力弹塑性分析

作　者: 谭潜
导　师: 徐虎
学　校: 新疆大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土框架结构强柱弱梁静力弹塑性分析 pushover
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

2008年5月12日14点28分,四川省汶川县发生里氏8.0级地震。这次地震震级大、烈度高、波及面广,是中国建国以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震。地震中建筑物破坏严重,其中混凝土框架建筑破坏和倒塌机制有其自身的特性—“强梁弱柱”现象十分明显。混凝土框架结构房屋的破坏机制与现行的设计理念背道而驰。在我国乃至世界“强柱弱梁”的设计思路和方法已经被广泛采用。从T.Paulay和R.Park首先提出基于能力的设计思想开始,“强柱弱梁”作为框架结构的一项基本抗震手段和重要抗震措施存在了多年。但是在汶川地震中框架结构的震害却呈现出“柱铰型”破坏机制。出现与现行设计理念相悖的现象的原因是什么呢?所以对产生“强梁弱柱”的“柱铰型”破坏机制的原因分析,寻找在以后的抗震设计中怎么实现“强柱弱梁”是一项很有意义的工作。本文对汶川地震的震害现象做了简要的描述,介绍了产生“强梁弱柱”震害现象的原因,对相关原因进行理论分析,SAP2000是一个大型的通用分析设计软件,具有强大的分析功能,能对结构的弹性以及塑性进行分析。由于结构的弹塑性分析已经成为结构抗震设计的一个重要组成部分,其中静力非线性分析方法以其简单实用等优点得到工程设计人员的认可,已经被列入我国的抗震规范中,作为结构弹塑性变形分析方法之一。本文基于SAP2000对混凝土框架结构进行静力弹塑性静力分析,介绍了静力非线性Pushover分析方法的理论及其发展现状,以及Pushover分析的侧向荷载加载模式以及塑性铰的确定,考虑现浇楼板参与工作后对梁承载力和刚度的影响,对比Pushover分析得到的结构底部剪力-顶点位移曲线,层间位移、以及得到的结构塑性铰分布。探讨“强柱弱梁”的抗震设计思想为什么没有实现的原因,对规范中为实现“强柱弱梁”设计思想的相关规定可能存在的不足提出改进建议。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章综述  8-13
  1.1 前言  8
  1.2 研究“强梁弱柱”震害产生原因的目的和意义  8-10
  1.3 “强柱弱梁”发展概况  10-11
    1.3.1 国内对“强柱弱梁”的研究概况  10
    1.3.2 国外对“强柱弱梁”的研究概况  10-11
  1.4 本文研究内容  11-13
第二章 “强梁弱柱”震害的理论分析  13-26
  2.1 混凝土框架的延性设计思想  13
  2.2 混凝土框架的破坏机制  13-14
  2.3 国内外规范关于“强柱弱梁”的规定  14-16
  2.4 地震的危害性及汶川地震中的“强梁弱柱”震害现象  16-19
  2.5 产生“强梁弱柱”机制的主要原因  19-20
  2.6 产生“强梁弱柱”震害现象的主要原因分析  20-25
    2.6.1 楼板对框架梁的刚度增大影响  20-22
    2.6.2 填充墙等非结构构件的影响  22-23
    2.6.3 框架梁跨度和荷载过大的影响  23
    2.6.4 梁端超配筋和钢筋实际强度超强的影响  23-24
    2.6.5 柱轴压比限值的影响  24-25
    2.6.6 柱梁的刚度比的影响  25
  2.7 本章小结  25-26
第三章静力弹塑性（PUSHOVER）分析方法理论及SAP2000 简介  26-43
  3.1 引言  26
  3.2 静力弹塑性（PUHSOVER）分析方法的发展  26-29
    3.2.1 静力弹塑性分析方法在国外的发展  26-28
    3.2.2 静力弹塑性分析方法在国内的发展  28-29
  3.3 静力弹塑性分析方法的基本概述  29-34
    3.3.1 静力弹塑性分析的基本原理  29
    3.3.2 静力弹塑性分析的基本假定  29-30
    3.3.3 多自由度体系等效成单自由度体系的过程  30-31
    3.3.4 静力弹塑性分析方法的优点  31-32
    3.3.5 静力弹塑性分析方法的缺陷  32-34
  3.4 静力非线性（PUSHOVER）分析方法的影响因素  34
  3.5 两种静力弹塑性分析方法  34-40
    3.5.1 等效位移系数法  34-37
    3.5.2 能力谱法  37-40
  3.6 SAP2000 软件的简介  40-43
    3.6.1 SAP 程序的发展  40
    3.6.2 SAP2000 有限元程序的功能  40-41
    3.6.3 SAP2000 建模、分析和设计的主要步骤  41-43
第四章静力弹塑性（PUSHOVER）实例分析以及分析结果对比  43-69
  4.1 PUSHOVER 分析方法的主要过程  43-44
    4.1.1 分析的一般步骤  43-44
    4.1.2 理想的荷载—位移曲线的形成  44
  4.2 PUSHOVER 分析方法中侧向荷载加载模式  44-48
    4.2.1 概述  44-45
    4.2.2 水平荷载加载模式  45-48
  4.3 侧向荷载的确定  48
  4.4 塑性铰的定义  48-49
  4.5 对比模型  49-50
  4.6 框架模型实例的分析及其结论  50-67
    4.6.1 实例工程概况  50
    4.6.2 工程实例的计算结果及性能评价  50-67
      4.6.2.1 结构基底剪力—顶点位移的关系  52-57
      4.6.2.2 塑性铰出现的先后顺序及破坏形式  57-63
      4.6.2.3 结构的楼层位移以及层间位移分布  63-66
      4.6.2.4 不同侧向荷载作用下结构的基底剪力—楼层位移的比较  66-67
  4.7 本章小结  67-69
第五章结论与展望  69-72
  5.1 结论  69-70
  5.2 建议  70
  5.3 展望  70-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
附录A 硕士期间发表的论文  78

混凝土框架结构“强柱弱梁”机制的静力弹塑性分析

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