具有初损的高层钢框架结构抗风和抗震性能分析-工程力学专业毕业论文.docx

硕士学位论文 硕士学位论文 具有初损的高层钢框架结构抗风和 抗震性能分析 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 第l章 第l章 绪论 ．．1 1．1引言 ．．1 1．2问题的研究意义 ．．4 1．2．1强风对建筑物影响的研究意义 ．5 1．2．2地震对建筑物影响的研究意义 5 1．3国内外研究现状及分析 6 1．3．1风荷载对建筑物的影响 ．6 1．3．2建筑物损伤研究的现状 ．8 1．3．3地震作用对建筑物的影响 ．11 1．4本文的研究内容及目的 13 第2章 理论基础 一 ．15 2．1高层钢框架结构分析模型 15 2．2钢材的应力．应变关系模型 17 2．3风荷载的计算方法 。19 2．3．1风荷载标准值 19 2．3．2基本风压 19 2．3．3风振系数 19 2．3．4风荷载体型系数 20 2．3．5风压高度变化系数 20 2．4结构的损伤诊断 ．．21 2．5结构损伤模型理论 。22 2．5．1损伤类型 22 2．5．2损伤变量 22 2．5．3钢材损伤本构关系 23 2．5．4高层钢框架结构整体损伤模型 24 2．6结构地震反应分析方法 25 2．6．1底部剪力法 25 2．6．2振型分解法 26 2．6．3弹塑性静力分析法 26 2．6．42．7本章 2．6．4 2．7本章 第3章 高层钢框架结构有限元数值模拟 30 3．1有限元法 30 3．1．1有限元法介绍 。30 3．1．2有限元法的分析步骤 31 3．2 ANSYS程序介绍 32 3．2．1单元模型的选择 32 3．2．2屈服准则 34 3．2．3流动准则 ．35 3．2．4强化准则 35 3．2．5收敛判断准则 36 3．3计算模型在ANSYS中的实现 一37 3．3．1钢材的本构关系 39 3．3．2混凝土的本构关系 40 3．3．3边界条件及加载制度 40 3．4本章小结 43 第4章 强风对高层钢框架结构的影响分析 ．44 4．1引言 44 4．2风荷载 45 4．2．1风荷载性质 45 4．2．2台风的选取 ．46 4．2．3风荷载标准值 46 4．2．4高层钢框架结构的风压 47 4．3结果分析 48 4．3．1结构无损伤状态下的抗风性能分析 48 4．3．2结构有损伤状态下的抗风性能分析 55 4．3．3结构损伤分析 62 4．4本章小结 65 第5章 强风影响后钢框架结构抗震的时程分析 67 5．1引言 67 5．2时程分析输入的地震记录波 68 5．2．1地震波的选择和调整 68 5．2．2地震加速度波普 69 5．3高层钢框架结构的损伤情况 5．3高层钢框架结构的损伤情况 ．．70 5．4结构模态分析 71 5．4．1高层钢框架结构的振型 71 5．4．2高层钢框架结构的自振周期 73 5．5结构的时程分析及结果讨论 74 5．5．1结构受地震作用后的位移分析 74 5．5．2结构受地震作用后的时程分析 77 5．5．3结构受地震作用后的滞回性能分析 81 5．5．4结构受地震作用后的塑性铰分布 83 5．6小结 86 第6章 结论与展望 88 6．1本文主要结论 。88 6．2展望 ．89 参考文献 ．．． 。91 攻读硕士学位期间发表的学术论文 ．．9l 致访I 。91 ¨I 青岛理T火学T学硕I：学位论文摘 青岛理T火学T学硕I：学位论文 摘 要 随着我国现代化进程的不断发展，近年来我国东南部沿海地区的经济得到高 速发展，从而带动了高层建筑的飞快发展。我国东南沿海地区每年多次受到强风 的影响，并且台湾省和福建省处于我国主要地震带，因此，我国台湾省和福建沿 海地区的高层建筑会受到强风和地震荷载的威胁。目前，人们对既有高层钢框架 结构抗风抗震性能和反应分析的研究，一般只考虑高层钢框架结构无损伤影响的 情况，而较少考虑损伤因素对高层钢框架结构性能的影响。既有高层钢框架结构 在使用过程中会不可避免的产生损伤，在高层钢框架结构抗风抗震性能和反应的 分析研究中，如果不考虑损伤对高层钢框架结构的影响，势必会导致分析结果不 够精确。分析损伤对高层钢框架结构的影响，对于高层钢框架结构设计和现役高 层钢框架结构寿命的预测有着重要的意义。 本文建立了高层钢框架结构模型，假设高层钢框架结构抗风最薄弱位置产生 损伤，运用ANSYS有限元软件对既有高层钢框架结构无损伤和有损伤两种状况 下的抗风抗震性能进行了分析。主要内容如下： (1)介绍了本课题研究的背景以及意义，提出了用损伤观点来分析高层钢框 架结构的抗风抗震性能。综述了风荷载对建筑物的影响、地震作用对建筑物的影 响和建筑物损伤的研究等课题的国内外研究现状； (2)基于高层钢框架结构具有非线性的特性，总结了结构分析的单元模型和 整体计算模型。介绍了强风对建筑物损伤研究的