高烈度区空间框架结构弹塑性时程分析

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1、第卷第期兰州交通大学学报自然科学版年月文章编号高烈度区空间框架结构弹塑性时程分析乌兰!赵建昌!!莫庸兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州上海大学土木工程学院上海甘肃省科技专家委员会甘肃兰州摘要!利用空间弹塑性时程分析软件!采用波!波!兰州人工波分别沿方向"方向"方向分别输入地震波!对高烈度区某空间框架结构进行了弹塑性时程分析!找出其薄弱层的位置!给出了塑性铰出现的位置及规律!通过对计算结果的分析!给出了一些有益的结论!供设计人员参考关键词!空间框架#弹塑性#时程分析#塑性铰#薄弱层中图分类号!文献标识码!随着国民经济的迅速发展我国高层建筑不断兴起据有关资料显示

2、仅年国内已经建成的超过高度的建筑有栋不含港澳台年在深圳建成层的帝王商业大厦年在上海建成层的金茂大厦已经进入世界知名高层建筑行列而我国又是一个地震多发国家国家标准建筑抗震设计规范图混凝土本构关系规定特别不规则建筑甲类建筑度和度类场地高度超过度类场地高度超过度区高度超过的高层建筑应采用时程分析法进行补充计算弹塑性时程分析法的研究经历了由层模型平面杆系模型到空间模型的过程层模型和平面杆系模型对实体结构进行了较大的简化因而从考虑因素的复杂程度到计算结果的精度都远不及空间模型但目前国内按图钢材本构关系空间模型计算的结果还不多见故本文采用了由中国建筑科学研究院最新开发

3、的三维空间非线性时程垂直所以位移是的一次函数位移沿轴采分析程序对空间框架结构进行弹塑性时程用三次插值分析求解方法将钢筋混凝土梁柱看成由混凝土和钢筋两部基本理论和计算模型分组成认为它们具有相同的位移和积分方法将钢材料的本构关系筋用钢板来代替混凝土采用沿方向的混凝土采用刚度退化三线性模型如图所示个高斯积分点每个钢板采用钢材采用弹塑性强化双线性模型如图所示个高斯积分点矩形梁共需要个单元的选用及插值函数高斯积分点矩形柱共需要个高采用弹塑性梁单元来模拟杆单元假定梁的任斯积分点用弹性积分点比例法来判断杆件是否出意截面在变形后保持为平面且始终保持与中性轴现塑性铰即当端截

4、面积分点保持弹性的数量小于收稿日期作者简介乌兰男蒙古族内蒙通辽人硕士研究生第期乌兰等高烈度区空间框架结构弹塑性时程分析一定的百分数时即认为出现塑性铰本文选用的是计算时距计算步数步波地震时程分析中的总体求解采用取步梁柱配筋依施工图为准分别采用沿法方向方案沿方向方案沿方向方案输入三条波对此结构按空间框架进行罕遇地震作用下的弹塑性时程反应分析图底层平面图!单位"#图轴线对应立面图!单位"#③图标准层平面图!单位"#工程概况图波加速度时程曲线兰州某高校实验大楼底层平面如图所示标－准层平面如图所示该工程为层钢筋混凝土框架结构层高自下而上依次是顶层有一出屋面塔楼层高因

5、功能上的需要在至层局部是抽梁的轴线处的框架立面图如图所示图可知该结构的质量中心与刚度中心严重不重合轴线的刚度明显小于轴线的刚度同时顶部有一出屋面塔楼因此对这一高烈度区的多层空间框架结构有必要进行弹塑性时程反应分析确定其薄弱层及梁图兰州人工波加速度时程曲线柱出现塑性铰的规律为该工程的合理设计提供指－导时程分析的结果及分析时程分析的参数取值及计算方案层间位移角及层间剪力计算模型中层数共计层总高度设沿方向输入地震波时方案该空间框架防烈度为度类场地地震反应分析选用三条地的层间位移角和层间剪力如图所示震波分别是波图兰州人工波图特征沿方向输入地震波时方案该空间框架周期

6、和波分量图加速的层间位移角和层间剪力如图所示度峰值按度区弹塑性时程分析时罕遇地震取兰州交通大学学报自然科学版第卷图波加速度时程曲线图方向层间位移角－－沿方向输入地震波时方案该空间框架的层间位移角和层间剪力如图所示图方向层间剪力图方向层间位移角图方向层间位移角侧刚度的突变影响了内力分布此外对比两图中人工波和波作用下曲线会发现人工波图方向层间剪力作用下结构位移很大但内力反应却很小原因是人工波作用下结构屈服构件较多位移中含塑性变形从图方案可以看出人工波的层位移较多因此其位移偏大并不能体现内力大小可见反应最大波次之波最小但均没同一结构在不同地震波作用下地震反应相差

7、很大有超过规范规定弹塑性层间位移角的限值故进行结构的弹塑性时程分析时必须选择多条地波层间剪力最大波次之人工波最震波进行分析小但在波作用下第四层的剪力也很从图方案可以看出波层间位大这是因为楼层质量分布不均匀一至七层分别是移反应最大波次之人工波最小但均没中间楼有超过规范规定弹塑性层间位移角的限值层较大的质量以及中间楼层层高有突变造成抗第期乌兰等高烈度区空间框架结构弹塑性时程分析特征周期接近而人工波相差较多故结构的反应也相差很大从图方案可以看出结构响应与方案的规律基本是一致的塑性铰出现的位置及其规律方案波作用下时底层有两根边梁首先出现塑性铰时第层有一中间柱首先出

8、现塑性铰二层和底层有大量柱子共计根出现塑性铰人工波作用下时二层有两