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连体设置对大底盘双塔结构的影响研究

作　者: 李凯
导　师: 张永胜
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 连体大底盘双塔 ANSYS分析
分类号: TU973.19
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大底盘双塔和大底盘双塔连体结构应用越来越多,其独特的外形让建筑更具特色。但历次地震表明,设置连体的大底盘双塔结构震害加重,研究连体设置对大底盘双塔结构的影响,有重要的现实意义。本文应用有限元软件ANSYS对三个算例(模型1：对称的大底盘双塔结构；模型2：对称的大底盘双塔连体结构,连体位于两塔楼顶端；模型3：对称的大底盘双塔连体结构,连体位于两塔楼中部)进行对比分析,主要得出以下结论：1、对三个算例进行模态分析,得到自振周期、振型参与系数,对其拟合曲线进行比较得出：连体设置使大底盘双塔结构大部分振型的周期减小,即增加了大底盘双塔结构的整体刚度；设置连体后的大底盘双塔结构的高阶振型中出现明显的竖向振动,连体处尤为明显。并对各算例的模态变形图进行比较,得出：对称的大底盘双塔及连体结构的振型均为对称或反对称的；连体的设置使大底盘双塔结构的第一扭转振型提前了两阶,周期比增加,即加大了结构的扭转效应。2、对三个算例进行X、Y向的地震加速度反应谱分析,得到楼层位移、层间位移角、楼层水平地震力,对其拟合曲线进行比较得出：连体设置在塔楼顶部会增加整个结构的地震响应,设置在塔楼中部虽会增加结构连体以下部位的地震响应,却可减小连体以上楼层的的地震响应。并对三个算例分别进行z向的地震加速度反应谱分析。得到楼层最大位移,对其拟合曲线进行比较得出：连体的设置使大底盘双塔结构的竖向地震响应明显变大,且连体位置越高,竖向地震响应越强烈。3、对三个算例进行弹性时程分析(EL-Centro波、Taft波、人工波),得到最大位移值、及其发生的位置和时刻,对比得出：各模型在Taft波作用下产生的最大位移值均最大,人工波下的最大位移值均最小；不同模型同一地震波下最大位移产生的位置略有不同,最大位移发生的时刻也不尽相同,说明连体设置及位置的改变对结构抗震性能有影响。本文为连接体设置及其位置变化对大底盘双塔结构抗震性能的影响提供了一种研究方法,对工程技术人员亦有一定的参考价值。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 引言  11-14
    1.1.1 复杂高层建筑结构体系  11-12
    1.1.2 大底盘、大底盘双塔连体结构的应用现状  12-14
  1.2 大底盘双塔及大底盘双塔连体结构的特点和震害  14-16
    1.2.1 大底盘双塔及大底盘双塔连体结构的组成  14-15
    1.2.2 大底盘双塔及大底盘连体结构的特点  15-16
    1.2.3 大底盘及双塔连体结构的震害  16
  1.3 文献综述  16-18
  1.4 本文研究的主要内容  18-21
第二章简化模型的提出和建立  21-35
  2.1 防止结构不规则性的重要性  21-24
    2.1.1 扭转效应的改善  21-23
    2.1.2 竖向不规则的问题  23-24
  2.2 常用高层建筑计算模型简介  24-25
  2.3 有限元方法及ANSYS软件的介绍  25-28
    2.3.1 有限元法简介  25-26
    2.3.2 有限元法的典型分析步骤  26-27
    2.3.3 ANSYS简介  27-28
  2.4 对比算例的提出和有限元模型的建立  28-33
    2.4.1 对比算例的提出  28-29
    2.4.2 有限元模型采用的单元类型  29-31
    2.4.3 有限元模型的建立  31-33
  2.5 本章小结  33-35
第三章结构的模态分析  35-55
  3.1 模态分析的基本理论  35-37
    3.1.1 模态分析理论  35-36
    3.1.2 ANSYS模态提取方法  36-37
    3.1.3 振型及参与系数  37
  3.2 模型的模态分析结果  37-53
    3.2.1 分析参数确定  38
    3.2.2 自振频率和周期的计算结果  38-40
    3.2.3 振型参与系数的计算结果  40-43
    3.2.4 结构振型模态分析  43-53
  3.3 本章小结  53-55
第四章结构的反应谱分析  55-79
  4.1 反应谱法基本理论  55-60
    4.1.1 基本假定  55
    4.1.2 单自由度模型谱分析  55-58
    4.1.3 多自由度模型谱分析  58-59
    4.1.4 模态组合的方法  59-60
  4.2 结构的地震反应谱分析  60-77
    4.2.1 地震反应谱曲线的确定  60-61
    4.2.2 结构在X向反应谱下的分析结果  61-67
    4.2.3 结构在Y向反应谱下的分析结果  67-73
    4.2.4 结构在Z向反应谱下的分析结果  73-77
  4.3 本章小结  77-79
第五章结构的弹性时程分析  79-93
  5.1 时程分析基本理论  79-81
    5.1.1 时程分析法  79
    5.1.2 时程分析动力方程  79-80
    5.1.3 时程分析求解方法  80-81
  5.2 地震波的选择  81-83
    5.2.1 时程分析选波的原则  81-82
    5.2.2 地震影响因素的调整  82-83
  5.3 不同地震波作用下的时程分析  83-92
    5.3.1 地震波的选定  83-84
    5.3.2 阻尼值的确定  84-85
    5.3.3 模型在X向输入所选地震波下的位移响应  85-91
    5.3.4 各模型时程分析结果对比  91-92
  5.4 本章小结  92-93
第六章结论与展望  93-95
  6.1 本文结论  93-94
  6.2 不足与展望  94-95
参考文献  95-98
附录  98-103
致谢  103-104
攻读学位期间发表的学术论文  104

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