基于纤维铰模型的框架结构非线性地震反应分析

论文摘要

随着我国国民经济水平的不断提高,不规则高层建筑结构大量涌现。地震作用下这类结构由于楼层质量和刚度分布不均匀或不对称,楼层质量中心和刚度中心不重合,使得其三维非弹性地震反应规律表现的相当复杂,目前对于这类复杂高层建筑结构进入屈服阶段的抗震计算,工程界还缺乏有效的分析模型,本文围绕其中的框架结构,主要完成了以下工作:首先,基于结构层次,总结了框架结构非线性动力时程分析的整体求解过程;基于单元层次,将截面离散为纤维用以模拟端部截面复杂的非线性关系,推导了一种基于柔度法理论、考虑材料非线性与几何非线性的纤维铰模型;其次,基于OpenSees平台的Nonlinear Beam Column单元与Beam With Hinges单元,对纤维模型和纤维铰模型进行理论对比分析;通过单元层次的数值模拟,指出各模型对于截面硬化行为与截面软化行为所具有的计算精度与计算效率;最后,分析强震作用下一19层的钢框架结构,比较纤维模型与纤维铰模型在结构层次计算不规则框架结构的有效性与可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 框架结构的有限元模型
• 1.3 结构分析的有限元软件
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 框架结构理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 结构运动方程的数值求解
• 2.2.1 结构运动方程的迭代求解
• 2.2.2 结构整体层次的单元更新
• 2.3 单元基本公式的理论推导
• 2.3.1 坐标变换矩阵
• 2.3.2 位移模式转换
• 2.3.3 单元柔度矩阵
• 2.3.4 单元分析步骤
• 2.3.5 单元积分法则
• 2.4 本章小结
• 第3章 非线性梁柱模型的对比研究
• 3.1 引言
• 3.2 OpenSees程序介绍
• 3.2.1 程序的内部结构
• 3.2.2 程序的二次开发
• 3.3 单元模型的对比研究
• 3.3.1 模型理论比较
• 3.3.2 数值对比研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 框架结构的地震响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 高层不规则框架结构
• 4.3 结构地震反应分析的数据准备
• 4.3.1 结构荷载
• 4.3.2 材料参数
• 4.3.3 地震波的选用
• 4.3.4 变形控制指标的选取
• 4.4 地震作用下的结构反应分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢