混凝土結構非線性分析研究以及實例工程應用.pdf

1、基于性能的抗震設計代表了未來結構抗震設計的發(fā)展方向。最近幾年，美國、日本、澳大利亞、歐洲等國家和地區(qū)紛紛發(fā)布了基于性能抗震設計的有關文件和法規(guī)，我國也在2004年首次發(fā)布了《建筑工程抗震性態(tài)設計通則(試用)》。性能抗震設計最主要的工作就是判別結構性能水準，而結構性能水準的評價又依賴于理論計算和試驗研究，目前最主要的理論計算方法就是對結構進行推覆分析和彈塑性時程分析，這兩種分析方法的核心內(nèi)容就是結構的靜力和動力彈塑性分析。對鋼筋混凝土材料

2、而言，基于平面單元和三維實體單元的構件分析較為成熟，將這種單元模型推廣到鋼筋混凝土結構分析則還有較多的工作要做。本論文在總結前人研究成果的基礎上，通過系統(tǒng)的理論研究，提出了精確、簡單和實用的分析方法，編制了鋼筋混凝土結構推覆分析程序(TBPOA)和彈塑性時程分析程序(TBNLDA)，用這兩個程序進行了一些算例驗證并對上海環(huán)球金融中心大廈模型結構和原型結構進行了彈塑性時程分析。論文的具體內(nèi)容如下：1.在平截面假定的基礎上，開發(fā)研究了兩種橫

3、截面模型—截面線積分模型和纖維模型，在單元模型內(nèi)部引入了子結構的概念，將一個梁單元分成3個子單元，從而實現(xiàn)了用一個梁單元模擬一根柱或一根梁。在梁單元內(nèi)部通過增加非線性剪切彈簧得到了墻單元模型，使得該單元能同時考慮彎曲、軸向和剪切變形。為了得到結構反應的全過程曲線，在非線性方程組的求解過程中引入了柱面弧長方法，在一定的情況下可以搜索到結構位移曲線的下降段，為評估大震作用下的結構抗震性能提供了可能。 2.對簡支梁、單柱、單層框架、2

4、層框架和核心筒體模型等5個算例進行了計算分析，并與ADINA的分析結果進行了比較，得到了纖維模型的合適條帶數(shù)和條塊數(shù)，比較了橫截面纖維模型和線積分模型的計算精度和計算時間，驗證了單元子結構模型的高效率和高精度，與平面單元、三維實體單元相比較，基于宏觀單元的鋼筋混凝土結構分析具有收斂穩(wěn)定、計算速度快和具有相當高的計算精度等優(yōu)點，為目前分析高層鋼筋混凝土結構的首選方法。 3.通過在單元幾何方程中引入二次項，較為精確地考慮了重力二階效

5、應對高層結構受力特性的影響。對兩棟不同結構體系的高層混凝土建筑進行了推覆分析，詳細討論了二階效應對結構頂點側移和基底傾覆力矩的影響并給出了高層混凝土結構關于二階效應的幾點結論。 4.上海環(huán)球金融中心大廈屬于結構體系及結構布置復雜、結構高度及體型超限的超高層建筑，為了確保該建筑結構的抗震安全性和可靠性，對該結構進行了彈塑性時程分析，以便更深入、直觀、全面地研究該結構的抗震性能。為了檢驗結構彈塑性時程分析的可靠性，本文首先對振動臺試