基于地震扭转分量作用下梁式转换层结构的弹塑性时程分析学位论文(58页).doc
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1、-基于地震扭转分量作用下梁式转换层结构的弹塑性时程分析学位论文-第 43 页分类号: 密级: U D C: 编号: 学 位 论 文基于地震扭转分量作用下梁式转换层结构的弹塑性时程分析董苗 指导教师姓名: 徐东强 教 授 河北工业大学 申请学位级别: 硕 士 学科、专业名称: 建筑与土木 论文提交日期: 2013年11月 论文答辩日期: 2013年12月 学位授予单位: 河北工业大学 答辩委员会主席: 评 阅 人: 2013年11月Dissertation Submitted toHebei University of TechnologyforThe Master Degree of Arch
2、itecture and Civil EngineeringELASTIC-PLASTIC ANALYSIS OF TRANSFER FLOOR STRUETURE WHEN CONSEDERING THE TORSIONAL COMPONENT OF EARTHQUAKEbyDong MiaoSupervisor: Prof. Xu DongqiangNovember 2013原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究
3、工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名: 日期:关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。(保密的学位论文在解密后适用本授
4、权说明)学位论文作者签名: 日期:导师签名: 日期:基于地震扭转分量作用下梁式转换层结构的弹塑性时程分析摘 要目前有很多的高层建筑在上部设置为小开间住宅,下部为大开间的办公和商务场所,这种建筑竖向功能的划分使得下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大,这时就需要布置水平转换构件用来转换结构形式,即结构转换层。但是由于目前关于转换层的高层建筑结构的研究分析缺少一套完善的方案,因此研究转换层建筑结构的特点,提出合理的分析方法以及对转换层的动力特性和在地震作用下的影响规律等方面,有着重要的实际意义。那么本文就围绕地震扭转分量和梁式转换层结构这两个主题展开分析。文中利用ANSYS有限元分析软件建立
5、梁式转换层结构和普通框架结构,并进行单向、双向、双向及扭转地震作用下的弹塑性时程反应分析,分析对比地震作用下两种结构的动力特性和地震响应,得到以下主要结论:1.梁式转换层结构和普通框架结构的自振周期变化趋势大体相同,转换层结构由于存在不落地柱前三阶自振周期比普通框架结构要大。2.转换层结构在多维地震作用下与单向地震作用下相比,结构的平动反应增大,整体扭转反应变大,各位置处柱的内力以及滞回曲线表现出不同的趋势。3.地震动扭转分量对结构平动反应的影响很小,但对结构扭转反应影响却很显著。并且转换层结构的地震反应比普通框架结构有很明显的增大。无论哪种地震波,转换层的层间位移最大,层间位移角也是最大的。
6、关键词:地震动扭转分量,梁式转换层结构,弹塑性时程分析,抗震ELASTIC-PLASTIC ANALYSIS ANALYSIS OF TRANSFER FLOOR STRUETURE WHEN CONSEDERING THE TORSIONAL COMPONENT OF EARTHQUAKEABSTRACTThere are a lot of tall buildings in the upper set to small residence, lower for offices and business places of big width room. The buildings func
7、tion vertical, making the lower floors of the vertical structure or form and the upper floors difference is different. Then we need to decorate level conversion components are used to convert structure, namely the structure transformation layer. But the current study of transfer floor structure anal
8、ysis lack of a perfect plan. So it has an important practical significance that analyzing the transfer floor structure ,raising reasonable analysis method, putting forward influence rules that dynamic characteristics of transition layer buildings under of seismic action.In this paper , author establ
9、ishing two structures, a transfer floor structure and a common frame structure, by using ANSYS finite element analysis software , analysis the elastic-plastic time history analysis on the structure under unidirectional, bi-directional seismic function, bidirectional and bi-directional torsional seis
10、mic function, and compare some of properties of the dynamic characteristics and seismic response of the transfer floor structure and the common frame structure under seismic function. Get the following main conclusion.1. Beam transformation layer structure and the ordinary frame structure have appro
11、ximately the same change trend of vibration period. Because of some columns not falling to the ground, vibration cycle in the first three order of transfer floor structure is bigger than ordinary frame structure.2. The transfer floor structures translation reaction and torsional response under multi
12、dimensional seismic function is bigger than under unidirectional seismic function. The internal force and hysteresis curve of the column in different position are different.3. The influence of the seismic torsional on the structural translation reaction is very small.But the effect of structural tor
13、sional response is very significant. And, the seismic response of asymmetrical connected structure is obviously bigger than symmetrical connected structure. No matter which kinds of seismic waves, the transformation layer has the biggest displacement between layers,and the interlayer displacement an
14、gle is also the biggest. KEY WORDS: rotational components, transfer floor structure, elastic-plastic time history analysis, seismic behavior目 录第一章 绪论11.1引言11.2转换层结构的概述41.2.1转换层结构的研究现状41.2.2转换层结构的分类61.2.3转换层的结构形式及特点61.2.4转换层的布置原则91.3本文的主要工作10第二章 地震动扭转分量122.1引起结构扭转效应的因素122.2地震扭转分量122.2.1地震动扭转分量的弹性波理论1
15、22.2.2地震动扭转分量的计算公式推导142.3地震动扭转分量的时程172.3.1地震动转动模型172.3.2地震动扭转分量的合成182.4地震波的选取212.4.1地震波三要素212.4.2求解方法222.5本章小结22第三章 钢筋混凝土连体结构分析方法与有限元模型233.1结构地震反应分析233.1.1静力分析法233.1.2底部剪力法233.1.3阵型分解反应谱法253.1.4时程分析法273.1结构地震反应分析233.2有限元模型273.2.1单元本构模型293.2.2模型单元的选取303.2.3地震波输入313.3结构阻尼常数的确定313.4本章小结32第四章 梁式转换层结构抗震性
16、能的分析与比较334.1计算模型概述334.2结构的模态分析344.3结构的地震响应374.3.1结构的平动分析374.3.2结构的扭转反应分析464.3.3结构的内力分析484.3.4滞回曲线分析534.4本文小结56第五章 结论与展望575.1本文的主要结论575.2建议及展望58致谢59参考文献60第一章 绪论1.1 引言对于同一座建筑物,使用功能沿着高度要发生变化,下部楼层作商场、餐厅、娱乐设施,中部楼层布置办公用房,上部楼层用作住宅,而对于这种不同用途的楼层结构的形式也不同。从建筑功能方面看,上部结构需要小开间布置,中部结构需要中等大小的空间布置,下部结构则需要较大、较为灵活的的空间
17、布置,柱网尺寸大、墙体要尽量少,以满足大空间的功能要求。从结构受力方面看,一般正常的建筑结构应该是随着建筑高度的增加,刚度、柱网、墙体逐渐减小。(a)结构的正常布置 (b)有建筑功能要求的布置图1.1 多功能建筑中的正常布置和建筑功能的矛盾 (示意图)为了满足建筑使用功能的要求,高层结构与上述合理的布置正好相反如图1.1,这样结构形式以与正常方式相反布置,为了实现上部小空间,下部大空间的要求,就要在结构转换的楼层处设置转换层123456。纵观国内外,这类带转换层的建筑已经成为现代建筑发展的一大趋势。转换层结构在地震作用下的受力状态极复杂,同时承受弯剪扭。因此转换层结构的抗震性能研究具有非常大的
18、经济效益,对于更好的贯彻落实科学发展观及防震减灾等都有重大的意义。以下为国内外带转换层结构的实例7:香港的新鸿基中心如图1.2,筒中筒结构,底部4层用作商业用房,5层以上是办公楼,外框筒的柱距为2.4米,通过预应力梁的转换,使下部的柱距扩大。南京新世纪广场的A楼如图1.3,总64层(包括地下室2层),剪力墙内筒和框架外筒组成筒中筒结构,该楼第7层设为转换层,商业用房为裙房和主楼的地上16层,写字楼为第7层。为在底层布置大空间出入口,采用轴线转换,沿着外框筒设置4榀7米高巨型桁架,底部外框筒的柱距在转换后由3.75m增大到了7.50米。深圳的华侨大酒店如图1.4,地上28层,6层为转换层,上部为
19、剪力墙结构的客房,纵向四条轴线,下部则改为双轴线的框架结构。北京的南洋饭店如图1.5,地上24层,总高85m,第五层是转换层,剪力墙托梁的高度4.5m,底层柱的最大直径D=1.6米。北京的国际贸易中心国际旅馆如图1.6,上部剪力墙结构的客房,带边框梁和柱,转换层设置在第4层,先将剪力墙的荷载通过托粱传递给横向框架梁,然后通过纵向大托梁使柱距增大,最后将荷载传递到一下层的框架柱上,标准层的横向剪力墙间距是4.2米和4.8米,下层的柱距为9米,托梁采用1.8米工形截面钢梁。除此之外还有珠海香洲湾花园,采用板式转换层结构。斯洛伐克首都布拉格基辅饭店,也是采用板式转换层。上海的龙门宾馆,铁路大厦应用桁
20、架转换层。 (a)转换层平面图 (b)标准层平面图1.2 香港新鸿基中心 (a)转换层以下平面 (b)转换层以上平面图1.3 南京新世纪广场A楼(a)15层平面 (b)628 层平面图1.4 深圳华侨大酒店(a)标准层平面图 (b)转换层平面图(c)下部楼层平面图图1.5 北京南洋饭店图1.6 北京国际贸易中心国际旅馆12 转换层结构的概述1-2-1转换层结构的研究现状20世纪中期,东欧、前苏联的一些研究者提出设置转换层可以使底部获得较大的空间。但是70年代发生的几次大地震及之后的弹塑性动力分析证明,这种底部大空间的柔性结构是不现实的,底部框架柱由于变形过大而导致整体房屋倒塌。由于经济发展的因
21、素,转换层在高层建筑中的研究相对滞后。目前,带转换层的建筑结构在我国应用很多,但针对于转换层结构的深入研究还相对不够,仅有一些理论分析及工程实践总结,并没有系统地进行试验研究,尤其是在地震作用下的动力特性分析远不及普通建筑成熟,建筑抗震设计规范GB50011-2010对此类转换层结构的抗震设计具有一定的局限性。中国建筑科学研究院及广东工学院曾模拟转换层结构做实验,缩小尺寸比例为1:6,首层为框架,目的是在竖向荷载作用下分析框支剪力墙结构的受力性能。现场实测上海康乐路1住宅,并实测剪力墙和转换梁的应力分布,之后对该结构作有限元分析,提出了在竖向荷载作用下,底部是双层框架结构、上部为剪力墙结构的框
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