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混凝土框架结构破坏机制研究分析

作　者: 王娜
导　师: 杨树标
学　校: 河北工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 框架强柱弱梁框架—剪力墙塑性铰破坏机制静力非线性
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着框架结构在各类建筑中广泛应用,框架结构的抗震性能越来越引起重视。我国规范对框架结构的设计要求为“强柱弱梁”,即结构进入塑性阶段时,塑性铰出现在梁端,屈服后结构具有较好的延性,保证结构不会倒塌,同时结构的塑性变形也可耗散地震能量。大量震后资料显示,框架结构对地震的影响反应没有达到预期的“强柱弱梁”要求。震后大部分框架柱破坏严重,轻者结构倾斜,重者形成层间侧移机制,导致整体倒塌,框架梁的破坏则明显较轻。本文将针对该问题进行研究探讨。为了研究结构的破坏机制,本文对结构采用Pushover分析,首先介绍了Pushover分析的基本原理和过程及SAP2000有限元软件,该软件功能强大,可以充分满足本文研究目的的需要。框架结构不能满足“强柱弱梁”要求的原因有:(1)梁端实际超筋;(2)现浇楼板对梁的加强;(3)柱的最小配筋率和最小配箍率偏小;(4)柱轴压比偏大。但最主要的原因还是目前对框架柱强度的要求不够。针对该问题,本文以实际框架结构工程为例,严格按照我国规范进行设计,采用SAP2000有限元软件对其进行Pushover分析,得到结构的塑性发展过程。之后对结构从四个方面进行改进:第一,增大梁柱混凝土强度级差;第二,增大柱端弯矩增大系数;第三,增大梁柱配筋级差;第四,增大柱截面面积。然后分别进行Pushover分析,观察塑性发展过程,发现除增大梁柱混凝土强度级差外其余三种方法都能改进结构破坏机制,实现强柱弱梁。此外,本文还对几种方法的经济性进行了比较,发现增大梁柱配筋级差增加的成本最少,增大柱截面面积增加的成本最多。并且增大梁柱配筋级差可在现有规范下使用,是最经济实用的方法。最后,针对框架—剪力墙结构震后破坏较轻,剪力墙虽然有部分开裂或倒塌,但主体框架无严重损坏的现象,将结构改进为框架—剪力墙结构,并对其进行Pushover分析,观察塑性发展过程,对其抗震性能进行分析。分析结果表明框架—剪力墙结构的抗震性能良好,破坏机制也比较合理,符合设计期望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 框架结构震害  10-13
  1.2 框架破坏分析  13-14
  1.3 我国规范关于强柱弱梁的设计要求  14-15
  1.4 各国抗震规范的思路及对比[16]～[18]  15-16
  1.5 本文研究内容  16-17
  1.6 本章小结  17-18
第2章 SAP2000 及Pushover 介绍  18-28
  2.1 软件介绍  18
  2.2 Pushover 分析原理[19]  18-26
  2.3 Pushover 工况定义  26-27
    2.3.1 荷载施加控制  26
    2.3.2 分析控制方式  26-27
  2.4 分析结果查看  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章框架模型建立及分析  28-37
  3.1 框架模型建立  28-29
    3.1.1 工程概况  28-29
    3.1.2 建立模型  29
  3.2 混凝土构件塑性铰  29-33
    3.2.1 塑性铰原理及类别  29-31
    3.2.2 塑性铰参数  31-33
  3.3 框架结构静力非线性分析  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章框架破坏机制改进方案研究  37-63
  4.1 增大梁柱混凝土级差  37-44
    4.1.1 塑性铰参数  37-40
    4.1.2 Pushover 分析结果  40-44
  4.2 增大柱端弯矩增大系数  44-49
    4.2.1 塑性铰参数  45-46
    4.2.2 Pushover 分析结果  46-49
  4.3 增大梁柱配筋级差  49-53
    4.3.1 塑性铰参数  49-51
    4.3.2 Pushover 分析结果  51-53
  4.4 增大柱截面面积  53-60
    4.4.1 塑性铰参数  54-56
    4.4.2 Pushover 分析结果  56-60
  4.5 各方案可行性及经济性比较  60-62
  4.6 本章小结  62-63
第5章框架—剪力墙结构破坏机制分析  63-71
  5.1 框架—剪力墙结构震后表现  63
  5.2 剪力墙设计  63-64
  5.3 SAP2000 剪力墙参数  64-65
  5.4 框架—剪力墙Pushover 分析  65-70
    5.4.1 X 向pushover 分析  65-67
    5.4.2 Y 向Pushover 分析  67-70
  5.5 本章小结  70-71
结论与展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
作者简介  78
攻读硕士学位发表的论文和科研成果  78-79

混凝土框架结构破坏机制研究分析

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