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框架结构失效模式改善与抗震性能评估

作　者: 刘霞
导　师: 欧进萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土框架结构钢框架结构静力弹塑性分析失效模式抗震性能
分类号: TU323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

框架结构在建筑设计和平面布置上具有很大的灵活性,构造简单,易于施工。在实际工程建设中,框架结构被广泛应用,如钢筋混凝土框架结构、钢框架结构、组合结构等。现行的结构设计方法是基于承载力极限状态与正常使用极限状态验算的构件危险截面验算设计方法,即若截面安全,则认为构件安全,进而认为结构安全。然而框架结构在地震作用下具有多个失效模式,采用Pushover方法分析框架结构主要失效模式以及研究失效模式改善并提高结构抗震性能是本文研究的主要内容,具体包括以下方面:首先,介绍结构失效模式的概念、识别方法及优化方法等。在此基础上,通过比较各种结构弹塑性分析方法的优缺点,结合本文所需研究的内容,选择Pushover方法对框架结构进行分析。其次,选择实际工程中应用广泛的框架结构作为本文所研究的结构类型,包括钢筋混凝土框架结构及钢框架结构。依据现行设计规范设计结构,对其进行Pushover分析,得到结构的主要失效模式。再根据影响结构失效模式的因素,改变结构的设计参数,对结构重新进行Pushover分析,比较失效模式及抗震性能。在此基础上,可以得到改善结构失效模式及提高抗震性能的方法。最后,在理论分析的基础上,提炼出对实际工程有益的建议,如钢筋混凝土结构中的材料强度、截面配筋率;钢结构中的梁柱线刚度比等。同时,针对不合理的结构失效模式,采取逐步加强塑性铰的措施进行改善。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景  10
  1.2 结构弹塑性分析方法  10-15
    1.2.1 Pushover 方法  11-13
    1.2.2 时程分析方法  13-14
    1.2.3 分析程序简介  14-15
  1.3 结构失效模式概述  15-17
    1.3.1 失效模式的含义  15-16
    1.3.2 结构体系失效  16
    1.3.3 失效模式研究现状  16-17
  1.4 结构失效模式优化概述  17-20
    1.4.1 延性结构的概念及应用  17-18
    1.4.2 结构分灾模式的概念及应用  18-19
    1.4.3 结构抗震易损性分析概念及应用  19
    1.4.4 智能结构  19-20
  1.5 本文主要研究内容  20-21
第2章延性框架及其影响因素  21-28
  2.1 框架抗震设计的延性要求  21-25
    2.1.1 延性框架的概念及设计要点  22-23
    2.1.2 强柱弱梁型框架结构  23-25
  2.2 影响延性因素及改善措施  25-26
    2.2.1 钢筋配筋率的影响  25
    2.2.2 材料强度的影响  25
    2.2.3 改善构件延性的措施  25-26
  2.3 框架梁的破坏形态  26-28
第3章钢筋混凝土框架结构的失效模式改善与抗震性能评估  28-58
  3.1 混凝土框架结构设计  28
  3.2 混凝土强度等级的影响  28-38
    3.2.1 结构整体Pushover 曲线  28-29
    3.2.2 层间Pushover 曲线  29-31
    3.2.3 层间位移曲线  31-33
    3.2.4 层间剪力曲线  33-34
    3.2.5 结构抗震性能比较  34-37
    3.2.6 塑性铰分布图  37-38
  3.3 混凝土及钢筋强度等级的影响  38-44
    3.3.1 结构整体Pushover 曲线  39-40
    3.3.2 层间Pushover 曲线  40-41
    3.3.3 塑性铰分布图  41-42
    3.3.4 结构抗震性能比较  42-44
  3.4 截面配筋率的影响  44-51
    3.4.1 结构整体Pushover 曲线  45
    3.4.2 层间Pushover 曲线  45-47
    3.4.3 塑性铰分布图  47-48
    3.4.4 结构抗震性能比较  48-51
  3.5 楼层层数的影响  51-53
    3.5.1 结构整体Pushover 曲线  51-52
    3.5.2 层间Pushover 曲线  52
    3.5.3 塑性铰分布图  52-53
  3.6 逐步加强塑性铰的措施  53-56
    3.6.1 结构整体Pushover 曲线  53-54
    3.6.2 结构抗震性能比较  54-56
    3.6.3 塑性铰分布图  56
  3.7 本章小结  56-58
第4章钢框架结构的失效模式改善与抗震性能评估  58-85
  4.1 钢框架结构设计  58-59
  4.2 梁柱线刚度比的影响  59-73
    4.2.1 结构整体Pushover 曲线  59-61
    4.2.2 常遇及罕遇性能点  61
    4.2.3 地震性能点处结构抗震性能比较  61-68
    4.2.4 倒塌极限状态时结构抗震性能比较  68-71
    4.2.5 塑性铰分布图  71-73
  4.3 逐步加强塑性铰截面的措施  73-84
    4.3.1 结构整体Pushover 曲线  73-75
    4.3.2 常遇及罕遇地震性能点  75-76
    4.3.3 地震性能点处结构抗震性能比较  76-79
    4.3.4 倒塌极限状态时结构抗震性能比较  79-82
    4.3.5 塑性铰分布图  82-84
  4.4 本章小结  84-85
结论与展望  85-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间发表的学术论文  90-92
致谢  92

框架结构失效模式改善与抗震性能评估

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