异形柱框架结构的抗震性能分析
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摘要
钢筋混凝土异形柱框架结构是近年来才逐步推广的一种新型的结构体系,由于异形柱构件截面不同于矩形柱,所以在结构承载力方面和抗震方面有其复杂性和特殊性。由于异形柱框架结构有提高室内空间的使用率、房间的使用面积、减轻结构自重和降低造价等优点,所以近年来得到了广泛的应用。本文侧重点是研究其抗震性能。
随着异形柱结构体系在地震区的推广,目前国内学术界和工程界比较关心的是异形柱的抗震问题。国内外关于矩形柱框架抗震研究比较多,而对异形柱框架的抗震研究非常少。本文在国内他人研究的成果上,利用有限元分析软件SAP2000进行分析。本文选用一个七层的框架结构,角柱采用“L”形异形柱,边柱采用“T”形柱,中柱为“十”形柱,底层和基础固接,其他各层梁柱刚接。在天津波和EI-Centro和上海人工波的作用下利用SAP2000的模态分析、反应谱分析和时程分析等功能对各个层间的剪力、位移、加速度以及各振型进行分析。本文主要工作如下：
(1)首先对异形柱结构模型进行模态分析来确定结构的震动周期,确定结构设计是否合理。利用反应谱分析和时程分析来确定结构的振动特性以及基底剪力随时间的变化和层间位移、位移角随时间的变化。
(2)为了更清楚的说明异形柱结构的抗震性能,本文利用一个同条件下的矩形柱框架结构作为对比。通过振型周期对比、层间位移和位移角对比来研究异形柱结构的抗震性能。
结果表明结构在强震下具有很好的塑性变形能力。通过分析对比表明异形柱框架结构在常遇地震下可以保持良好的工作性能。说明只要在设计过程中满足规范要求,异形柱结构可以满足7度以下的抗震设防要求。
The reinforced concrete frame structure with special-shaped column has been promoted as a new kind structure system in recent years. Because of difference from rectangle column system in section. It is complex and particular in carrying capacity and anti-seismic capacity. It can enhance ratio of room use, area of room use, at the same time,it can reduce dead weight and construction cost.It gains broad appliance in recent years. This paper focus on research of anti-seismic performance mainly.
Along with promotion of structure with special-shaped column in earth-quake zone. More and more domestic academe and engineers pay attention to anti-seismic problem now. Anti-seismic rearch of rectangle frame is much more anti-seismic rearch of special-shaped column frame.This paper rely on domestic research fruits of the others.making use of SAP2000 analysis program analyse special-shaped column frame construction.
This paper will built a 7-story special-shaped column frame construction to analyse anti-seismic performance. Corner column is L-shaped column, column in the edge is T-shaped column, column in the middle is "(?)"-shaped column.Ground floor and base is fixed-connected.Girder and column of other stories is firmly-connected.Under the action of tianjin earth-quake wave, EICENTRO wave and shanghai artificial wave.Making use of function of modal analysis、response spectrum analysis and time history analysis to analyse shear force displacement acceleration of it.The task of this paper as follows:
(1) First of all,by special-shaped column structure model modal analysis to determine the structure of the vibration cycle, determine the structural design if it is reasonable. The use of response spectrum analysis and time-history analysis to determine the vibration characteristics and basal shear changes with time and inter-story drift, the displacement angle changes with time.
(2) In order to more clearly explain the seismic performance of special-shaped column structures, this paper, a rectangular columns under the same conditions as the comparative framework. Through the formation cycle of comparison, displacement and the displacement angle between layers compared to study the seismic performance of special-shaped column structure.
The results show that the structure under strong earthquake has a good plastic deformation. the comparative analysis shows that special-shaped column frame structures often in earthquake may be to maintain good working performance.This paper demonstrates that special-shaped column structures completely meet seven degrees below the seismic fortification requirements through appropriate design.
随着异形柱结构体系在地震区的推广,目前国内学术界和工程界比较关心的是异形柱的抗震问题。国内外关于矩形柱框架抗震研究比较多,而对异形柱框架的抗震研究非常少。本文在国内他人研究的成果上,利用有限元分析软件SAP2000进行分析。本文选用一个七层的框架结构,角柱采用“L”形异形柱,边柱采用“T”形柱,中柱为“十”形柱,底层和基础固接,其他各层梁柱刚接。在天津波和EI-Centro和上海人工波的作用下利用SAP2000的模态分析、反应谱分析和时程分析等功能对各个层间的剪力、位移、加速度以及各振型进行分析。本文主要工作如下：
(1)首先对异形柱结构模型进行模态分析来确定结构的震动周期,确定结构设计是否合理。利用反应谱分析和时程分析来确定结构的振动特性以及基底剪力随时间的变化和层间位移、位移角随时间的变化。
(2)为了更清楚的说明异形柱结构的抗震性能,本文利用一个同条件下的矩形柱框架结构作为对比。通过振型周期对比、层间位移和位移角对比来研究异形柱结构的抗震性能。
结果表明结构在强震下具有很好的塑性变形能力。通过分析对比表明异形柱框架结构在常遇地震下可以保持良好的工作性能。说明只要在设计过程中满足规范要求,异形柱结构可以满足7度以下的抗震设防要求。
The reinforced concrete frame structure with special-shaped column has been promoted as a new kind structure system in recent years. Because of difference from rectangle column system in section. It is complex and particular in carrying capacity and anti-seismic capacity. It can enhance ratio of room use, area of room use, at the same time,it can reduce dead weight and construction cost.It gains broad appliance in recent years. This paper focus on research of anti-seismic performance mainly.
Along with promotion of structure with special-shaped column in earth-quake zone. More and more domestic academe and engineers pay attention to anti-seismic problem now. Anti-seismic rearch of rectangle frame is much more anti-seismic rearch of special-shaped column frame.This paper rely on domestic research fruits of the others.making use of SAP2000 analysis program analyse special-shaped column frame construction.
This paper will built a 7-story special-shaped column frame construction to analyse anti-seismic performance. Corner column is L-shaped column, column in the edge is T-shaped column, column in the middle is "(?)"-shaped column.Ground floor and base is fixed-connected.Girder and column of other stories is firmly-connected.Under the action of tianjin earth-quake wave, EICENTRO wave and shanghai artificial wave.Making use of function of modal analysis、response spectrum analysis and time history analysis to analyse shear force displacement acceleration of it.The task of this paper as follows:
(1) First of all,by special-shaped column structure model modal analysis to determine the structure of the vibration cycle, determine the structural design if it is reasonable. The use of response spectrum analysis and time-history analysis to determine the vibration characteristics and basal shear changes with time and inter-story drift, the displacement angle changes with time.
(2) In order to more clearly explain the seismic performance of special-shaped column structures, this paper, a rectangular columns under the same conditions as the comparative framework. Through the formation cycle of comparison, displacement and the displacement angle between layers compared to study the seismic performance of special-shaped column structure.
The results show that the structure under strong earthquake has a good plastic deformation. the comparative analysis shows that special-shaped column frame structures often in earthquake may be to maintain good working performance.This paper demonstrates that special-shaped column structures completely meet seven degrees below the seismic fortification requirements through appropriate design.
引文
[1]黄雅捷,梁兴文,吴敏哲等.钢筋混凝土异形柱框架结构抗震试验与分析[J].建筑结构,2002,32(1)。
[2]基于性能的结构抗震设计研究 李晓莉,吴敏哲,郭棣 世界地震工程2004.3
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[4]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)[S].北京：中国建筑工业出版社,20
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[6]B.D.Scott,R.Park and M.J.N.Priestley,Stress-strain behavior of concrete confined by over lapping hoops at low and high strain rates[J].ACI Journal,1982,79
[7]F.C.Filippou,E.P.Popov,V.V.Bertero.Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints[R].EERCreport,University of Californi-a at Berkeley,1983.
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[9]Medhekar M S,Kennedy D J L. Displacement-based seismic design of buildings-theory [J]. Engineering Structures,2000,22(3):201-209.
[10]姚谦峰苏三庆地震工程陕西科学技术出版社 2000.12 138-150
[11]过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析.清华大学出版社,2003
[12]吴敏哲,郭棣,施永昌.钢筋混凝土L形截面柱受力性能分析.世界地震工程,2002(1)
[13]钟光珞,赵冬,有限单元法及程序设计陕西科学技术出版社2001
[14]四层宽肢异形柱框架结构的抗震性能试验艾兵工业建筑,2007年第37卷第2期,11
[15]HSU T C. T-shaped reinforced concrete members under biaxial bending and axial compression.ACI Structural Journal,1989,86(4):420-480
[16]Takanashi K,Nakashima M.Japanese activities on on-line testing.Journal of Engineering Mechanics 1987。
[17]JJ.A.Mahaney.s.A.ReemanT.EParetandB.E.Kehoe.The Capacity Spectrum Melo dfor Evaluating Struct Liral ResP Onse Dunng the Loma Prieta Earthqe. Pro c 1993 National Earth quake Conf, MeirlPhis,1993.
[18]钢筋混凝土异形柱框架结构的受力特性研究柯江西安理工大学
[19]T形截面柱框架的抗震性能分析郭棣吴敏哲艾兵西安建筑科技大学学报(自然科学版)2003年9月
[20]郭棣.宽肢异形柱的试验研究[D].西安：西安建筑科技大学,2001.
[21]曹万林异形柱框架楼梯间结构层刚度及其衰减过程的实验研究建筑结构学报1998,1960-75
[22]曹万林异形柱框架柱单元的非线性变形计算分析计算力学学报1997,14440-445
[23]沈聚敏钢筋混凝土有限元与板壳极限分析北京大学出版社1993
[24]冯建平T形截面柱框架边节点的抗震性能华南理工大学学报,1995,23123-130
[25]布欣,胡五毛Pushover分析方法在异形柱结构中的应用东北电力大学学报2008.2
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[37]曹万林较小剪跨比带暗柱十字形柱抗震性能实验研究,地震工程与工程振动,1999,19
[38]王继强.底层采用矩形柱的异形柱结构抗震性能分析[D]合肥工业大学
[39]朱琪.钢筋混凝土异形柱的延性分析[D]合肥工业大学,2007.
[40]杨军；钢筋混凝土异形柱与矩形柱组合框架—剪力墙结构抗震性能研究[D]；西安建筑科技大学硕士论文；2005年
[41]梁正.钢筋砼异型截面框架柱研究[D]大连理工大学,2000.
[42]胡庆昌,建筑结构设计与研究中国建筑工业出版社1999.9
[43]曹万林,胡国振,崔立长等,钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析[J].建筑结构学报,2002,23(1)：16-20.
[44]钢筋混凝土异形柱框架结构的特性研究2005.3： 63
[45]刘大海,杨翠如,钟锡根.高层建筑抗震设计.北京：中国建筑出版社,1993.
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[48]SAP2000中文版使用指南,北京金土木软件技术有限公司,中国建筑标准设计研究院.[M].人民交通出版社,2006.58
[49]钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究,曹菲辽宁工程大学硕士论文
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[39]朱琪.钢筋混凝土异形柱的延性分析[D]合肥工业大学,2007.
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