钢框架非线性抗震静力计算程序的编制和研究-结构工程专业论文.docxVIP

钢框架非线性抗震静力计算程序的编制和研究 钢框架非线性抗震静力计算程序的编制和研究 摘要 研究生：钱德军 指导老师：吴京副教授 地震灾害以及地震次生灾害给人类带来巨大的经济损失和人员伤亡，对建筑结构进行抗 震设计是一种积极有效的方法。 随着我国的经济建设的发展，钢结构在建筑结构中占的份额正越来越大。钢结构的广泛 应用，钢结构的抗震问题研究就变成了一个极其重要的问题。在罕遇地震作用下，钢结构虽 然具有较好的抗震性能，也难免要进入弹塑性工作状态。大量的分析研究和震害都表明，具 有薄弱楼层的结构，其弹塑性层间变形集中的现象十分明显。《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001)虽然规定了钢框架结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算方法，但是 考虑到目前结构设计软件的功能和实际工程设计中的时间成本，《抗震规范》中规定的“静 力弹塑性分析方法”和“弹塑性时程分析法”并没有得到推广。 随着个人计算机的普及、有限元理论和结构设计理论的发展，现代的工程分析和设计所 需要的工作量必须借助于结构分析软件来完成。因此，不管是出于工程设计，还是出于理论 研究的需要，一个结构分析软件都是必需的。由于有限元理论和结构设计理论的不断发展， 软件必须具有良好的可扩充性和可维护性。在现有的软件工程方法中，面向对象方法无疑是 最佳的选择。 基于以上考虑，本文编制了非线性结构分析程序，对平面钢框架结构在罕遇地震作用下 的弹塑性变形验算的简化方法做了初步的探讨。 本文首先论述了目前进行弹塑性分析的pushover方法的基本原理，并对其水平荷载分 布模式对结果的影响做了比较分析。由于能力谱方法能够很好地融入到工程抗震设计中，本 文对等效单自由度体系的能力谱方法做了详细的介绍，给出了其数值计算的流程图。 为考虑结构的几何非线性，本文采用几何刚度矩阵考虑了构件的p-d效应，并采用基于 U．L列式的方法考虑了结构的P-A效应。对于材料非线性，本文采用集中塑性铰模型。虽然 塑性铰模型有很多，但是考虑到计算精度和程序数值稳定性的要求，本文选用了基于截面组 合的塑性铰模型。并对非线性问题求解的各种方法做了分析比较。 在运用面向对象技术进行有限元软件开发时，本文遵照标准的面向对象软件过程，从需 求分析入手，经由用例模型、分析模型和设计模型得到了软件的代码级版本。在该过程中， 时刻体现了将任务从客户推向服务器，限制服务器和客户共享的信息等方法，使得开发所得 的软件具有良好的可维护性和可重用性。 运用本文编制的面向对象有限元非线性分析程序，对一组平面钢框架进行了pushover 分析，得到了其在罕遇地震作用下的性态，并综合运用能力谱方法，对比了结构在极限承载 力状态下的弹塑性位移和弹性位移的，初步得出了弹塑性层间位移增大系数，可以将之运用 于钢框架结构在罕遇地震下的变形验算。同时，本文采用规范推荐的薄弱层位置计算方法计 算了本文框架的薄弱层位置，结果表明，对于结构整体弯曲变形和恒载二阶效应较为明显的 结构，推荐的方法是不适合的，需要进行全过程的pushover分析。 关键词： 钢结构静力弹塑性能力谱面向对象程序设计 弹塑性层问位移 薄弱层 AbstractEarthquake Abstract Earthquake disaster and t11eir secondary disaster do anormmls economic losses and casualties to human beings．and seismic design ofbuilding structures is∞active measure． With the development of economy in our nation，steel structure is taking a bigger and bigger quotient of the construction market，and seismic research of steel structures turns to extremely significant problem．Although steel structure shows excellent seismic performance，it is still not enough under infrequent earthquake，and would enter plastic state．It is been proven by enormous analysis and earthquake disasters that the plasticity will concentrate at weakness storey．Code for seismic