节能砌块隐形密框结构非线性地震反应分析及抗震设计方法研究

论文摘要

节能砌块隐形密框结构作为一种新型节能住宅结构体系,有良好的发展前景。本文在试验研究的基础上,首先建立了节能砌块隐形密框墙板的简化力学模型,并对其刚度进行了计算;然后,进行了节能砌块隐形密框结构的非线性地震反应分析;最后对多层节能砌块隐形密框结构抗震设计方法进行了探讨,主要完成了如下工作:(1)结合节能砌块隐形密框墙板的受力性能试验,并借鉴密肋复合墙体三阶段力学模型,针对节能砌块隐形密框墙板提出了各阶段不同的简化力学模型:弹性阶段——复合材料等效弹性板模型,弹塑性阶段——刚架斜压杆模型,破坏阶段——梁铰框架模型,在此基础上,建立了各阶段的墙体抗侧刚度计算公式,并与试验数据进行对比后对计算公式加以修正。(2)结合课题组前期的研究成果,进一步完善了节能砌块隐形密框墙板复合材料计算模型,提出了两种正交各向异性复合材料计算模型:两次单向纤维加强模型和双向纤维加强模型。并在此基础上,给出了适于工程计算的各向同性墙体简化材料模型。(3)对节能砌块隐形密框结构三层住宅楼房1/2模型进行拟动力试验研究,对结构的动力特性、地震反应及结构破坏特征进行了分析研究,并对结构的变形特性、耗能能力及抗倒塌能力进行了探讨,试验表明,该结构受力性能介于框架与剪力墙结构之间。(4)运用ANSYS有限元分析软件,采用三维梁单元与三维壳单元建立了节能砌块隐形密框结构的三维计算模型,对拟动力试验房屋模型进行了非线性地震反应分析,给出了节能砌块隐形密框结构非线性地震反应分析的方法,进一步探讨了该结构的恢复力模型,并结合现行规范及试验结果,探讨了节能砌块隐形密框结构在“小震”下弹性位移角限值和“大震”下弹塑性位移角限值。(5)在试验研究及有限元分析的基础上,结合国家现行相关规范,对节能砌块隐形密框结构抗震设计方法进行研究。提出了多层节能砌块隐形密框房屋结构的概念设计原则,给出了节能砌块隐形密框复合墙板的刚度及承载力实用计算公式,并与试验值进行对比;探讨了多层节能砌块隐形密框结构房屋的抗震计算方法,并对结构抗震设计中地震作用的确定及分配进行了研究,提出较为完善的抗震设计方法,为该结构的工程应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的依据和意义
• 1.1.1 非线性地震反应分析研究现状
• 1.1.2 结构抗震性能的相关研究
• 1.2 节能砌块隐形密框结构住宅体系的提出
• 1.3 节能砌块隐形密框结构体系的构成及特点
• 1.4 本文研究内容
• 参考文献
• 2 节能砌块隐形密框墙板试验研究及简化力学模型探讨
• 2.1 引言
• 2.2 墙板受力性能试验概况
• 2.2.1 试件的设计
• 2.2.2 加载方案及装置
• 2.2.3 试验结果整理
• 2.3 分阶段力学模型
• 2.4 复合材料等效弹性板模型
• 2.4.1 复合材料的研究方法
• 2.4.2 节能砌块隐形密框墙板的复合材料模型
• 2.4.3 节能砌块隐形密框墙板弹性抗侧刚度
• 2.5 刚架斜压杆模型
• 2.5.1 刚架斜压杆模型的提出
• 2.5.2 刚架斜压杆模型简化过程
• 2.5.3 砌块等效斜压杆宽度的验算
• 2.5.4 刚架斜压杆模型的抗侧刚度计算
• 2.6 梁铰框架模型
• 2.6.1 梁铰框架模型的提出
• 2.6.2 梁铰框架模型抗侧刚度
• 参考文献
• 3 节能砌块隐形密框结构房屋模型试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 房屋模型试验概况
• 3.2.1 模型选取
• 3.2.2 模型设计
• 3.2.3 材料性能
• 3.2.4 相似关系
• 3.2.5 加载方案及加载装置
• 3.2.6 试验测试方法
• 3.3 试验结果
• 3.3.1 拟动力试验结果
• 3.3.2 试验结果分析
• 参考文献
• 4 节能砌块隐型密框结构的非线性地震反应分析
• 4.1 引言
• 4.2 非线性地震反应分析方法
• 4.2.1 地震反应计算方法概述
• 4.2.2 非线性地震反应时程分析法
• 4.3 节能砌块隐型密框结构非线性地震反应分析
• 4.3.1 基于ANSYS 的有限元分析步骤
• 4.3.2 单元类型的选取
• 4.3.3 材料属性的定义
• 4.3.4 恢复力模型的选取
• 4.3.5 几何模型的建立及网格的划分
• 4.3.6 边界条件
• 4.3.7 分析工况
• 4.4 ANSYS 计算结果及其与试验结果对比分析
• 4.4.1 地震波时程分析计算结果
• 4.4.2 计算结果与试验值对比分析
• 4.4.3 恢复力模型的探讨
• 4.5 节能砌块隐型密框结构层间侧移探讨
• 4.5.1 小震下弹性层间侧移限值探讨
• 4.5.2 大震下弹塑性层间侧移限值探讨
• 参考文献
• 5 多层节能砌块隐形密框结构抗震设计方法
• 5.1 引言
• 5.2 设计原则
• 5.3 多层节能砌块隐形密框结构抗震概念设计
• 5.3.1 建筑体型设计要求
• 5.3.2 墙体布置要求
• 5.3.3 其他设置要求
• 5.4 多层节能砌块隐形密框结构墙板实用计算方法
• 5.4.1 节能砌块隐形密框墙板的刚度计算
• 5.4.2 节能砌块隐形密框墙板承载力计算
• 5.5 多层节能砌块隐形密框结构抗震设计计算方法
• 5.5.1 节能砌块隐形密框结构抗震计算方法
• 5.5.2 楼层地震剪力在墙体中的分配
• 参考文献
• 6 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望