密肋空腔楼盖框架结构振动台试验模型动力响应研究

论文摘要

钢筋混凝土双向密肋空腔楼盖是一种适用于大跨度、大空间结构的新型楼盖体系,具有结构自重轻、刚度大、施工便捷、工期短、造价相对较低等优点,特别是对于拓展室内空间,改善使用功能,隔热降噪、节能环保功效更为突出。与其它楼盖形式相比,具有很好的发展前景。虽然在实际工程中得到了一定的应用,但由于目前双向密肋空腔楼盖在地震荷载作用下的设计理论、作用机理和破坏形态还不是很完善,未进行抗震性能方面的振动台试验,在一定程度上阻碍了此种楼盖的推广。结构的动力特性和地震反应分析对于研究结构的抗震性能是非常有效的手段,能为结构的设计和性能的预判提供重要的依据。鉴于现今国内对双向密肋空腔楼盖在地震作用下的动力响应研究较少,本文主要针对这种楼盖体系的振动台模型进行动力响应分析,以得到其在地震荷载作用下的变形特征、受力性能和破坏机理,为振动台试验提供依据。本文的主要研究工作包括以下几个方面：全面和深入总结大跨度空腔楼盖体系在国内外的发展、研究和应用；以密肋空腔楼盖框架结构和普通楼盖框架结构体系为背景,进行振动台试验模型的相似设计；基于缩尺模型的基础上,采用ANSYS有限元计算分析软件,对比研究两种模型结构的动力响应,并得到以下主要结论与建议：(1)层间位移角限值是评定钢筋混凝土结构变形的重要参数。密肋空腔楼盖框架结构有限元模型在多遇地震和罕遇地震下的层间位移角突变发生在第二层,而普通楼盖框架结构有限元模型则发生在底层,需在两种实验模型的这些部位设置X、Y方向的位移传感器。为了避免突变部位因变形过大而破坏,需在实际工程中加强框架结构这些部位的刚度。(2)两种有限元模型在楼盖与柱节点连接处的局部应力都较大,且它们的应力分布情况都较为规则,最大主应力和最小主应力均出现在柱底或柱顶,需在两种实验模型的这些部位设置应变片。为了应对实际工程中的这种状况,应加强该部位的钢筋布置和采取其它有效措施。(3)普通楼盖框架结构有限元模型在第一层柱和楼盖交接处的应力达到混凝土的极限拉应力,最先出现开裂；而密肋空腔楼盖框架结构有限元模型在多遇地震和罕遇地震下从施加加速度开始到完毕,只有底层的柱顶、柱底等位置出现开裂,故具有良好的受力性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景及研究意义
• 1.2.1 密肋空腔楼盖简介
• 1.2.2 研究意义
• 1.2.3 研究目的
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 大跨度楼盖计算方法研究现状
• 1.3.2 国内外大跨度楼盖研究概况
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 振动台试验模型方案设计
• 2.1 模型设计的目的和依据
• 2.2 原型结构设计
• 2.2.1 原型结构的基本情况
• 2.2.2 原型结构的设计依据
• 2.2.3 原型结构初步设计
• 2.3 模型结构的相似计算
• 2.3.1 相似常数的确定
• 2.3.2 模型材料的确定
• 2.3.3 楼盖模型的设计计算
• 2.3.3.1 楼盖模型配重计算
• 2.3.3.2 楼盖模型配筋计算
• 2.4 模型刚性底座设计
• 2.4.1 刚性底座设计原则
• 2.4.2 刚性底座配筋设计
• 2.4.2.1 底梁的配筋计算
• 2.4.2.2 模型刚性底座梁挠度验算
• 2.5 振动台设备主要性能参数
• 第3章 模型结构的动力响应计算
• 3.1 ANSYS简介
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.2.1 计算模型的选择
• 3.2.2 单元类型和材料属性的选取
• 3.2.2.1 Solid65实体单元
• 3.2.2.2 Link8单元
• 3.2.2.3 Beam188梁单元
• 3.2.2.4 Shel163板单元
• 3.2.2.5 单元类型的选取
• 3.2.3 钢筋混凝土本构关系
• 3.2.3.1 微粒混凝土材料属性的选取
• 3.2.3.2 镀锌铁丝材料属性的选取
• 3.2.4 有限元模型
• 3.3 模态分析
• 3.4 地震作用下的结构响应
• 3.4.1 地震荷载和荷载步的选用
• 3.4.2 地震荷载作用下的变形特征
• 3.4.2.1 普通楼盖框架结构有限元模型的变形特征
• 3.4.2.2 密肋空腔楼盖框架结构有限元模型的变形特征
• 3.4.3 地震荷载作用下的应力分布
• 3.4.3.1 普通楼盖框架结构有限元模型的应力分布
• 3.4.3.2 密肋空腔楼盖框架结构有限元模型的应力分布
• 3.4.4 地震荷载作用下的开裂特征
• 3.4.5 传感器的布置
• 3.5 小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 本文主要结论
• 4.2 后续工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文