樓板對框架抗震性能影響及方鋼管混凝土節(jié)點有限元分析.pdf

1、樓板在結構體系中的主要作用可以分為兩種：一方面，樓板承受豎向荷載，并將荷載傳向豎向構件，比如柱、剪力墻等，這是由樓板平面外受彎實現(xiàn)的；另一方面，樓板在樓層處將所有豎向構件聯(lián)系在一起，將風荷載、地震力傳給各種抗側力構件，比如框架、剪力墻，這種作用稱為橫隔板作用。通常在結構分析中，將其假定為平面內剛性，平面外彈性的薄板。但是，唐山、汶川等震害調查中發(fā)現(xiàn)，很多柱子先于梁發(fā)生破壞，很多建筑結構的樓板在平面內發(fā)生了明顯變形，導致震害加劇。所以，對

2、于復雜結構，比如平面、立面形狀不規(guī)則或者平面、立面剛度布置不規(guī)則的結構，需要考慮樓板平面內變形。但是，目前缺乏在結構分析中能夠模擬樓板平面內彈塑性變形的有限元計算模型?？紤]樓板作用后，結構計算模型急劇增大，對計算能力、計算過程掌握能力和計算結果解讀能力提出更高要求，并行計算、計算機圖形仿真不失為很好的解決途徑。另外，方鋼管混凝土結構是一種比較新型的結構體系，其構件研究相對充分，但是梁柱連接節(jié)點方面的研究比較欠缺，尤其是樓板對節(jié)點的影響。

3、
　　本文的主要研究內容和研究成果包括以下幾個方面：
　　(1)根據(jù)已有的鋼筋混凝土樓板實驗數(shù)據(jù)，首次提出一種采用假設的非線性均勻材料、殼元模擬鋼筋混凝土樓板的數(shù)值計算方法。首先，提出假設材料的參數(shù)化應力應變關系，然后根據(jù)已有實驗數(shù)據(jù)確定公式中參數(shù)，進而給出模擬各種強度等級混凝土樓板的材料應力應變關系。經(jīng)過與實驗數(shù)據(jù)對比，證明該模型可以很好地模擬鋼筋混凝土樓板的非線性行為，并且在結構整體有限元分析中易于收斂。
　　(2

4、)基于分層殼元建立考慮梁板協(xié)同工作的4種鋼筋混凝土框架有限元模型，并分析考慮梁板協(xié)同工作對結構動力分析的影響。結果表明采用剛臂耦合梁板的建模方法可以充分考慮梁板協(xié)同工作，其它方法均有一定誤差，容易導致“強梁弱柱”。
　　(3)針對端部抗側力結構，變換結構層數(shù)、跨數(shù)、板厚等結構參數(shù)，設計了一系列結構。分別按照考慮樓板平面內變形假定和樓板平面內剛性假定建立兩種有限元模型，其中柔性假定結構樓板模型采用本文提出的假設材料應力應變關系。通過

5、動力分析，考察各種參數(shù)對柔性假定與剛性假定兩種地震響應比值的影響。結果表明，在彈性階段，兩種假定的結構基本周期之比與其地震響應之比始終有良好的定量對應關系，所以周期比是樓板平面內變形影響一個很好的通用評判標準。進入彈塑性狀態(tài)后，兩種假定地震響應比值相對彈性分析大大減小，反映出樓板平面內變形的影響減弱。
　　(4)基于交換機組建微機集群建立并行計算平臺，考察并行計算對考慮梁板協(xié)同工作的框架結構體系的計算效率。結果表明對于中等規(guī)模的有

6、限元模型，集群并行計算可以提供良好的加速比，對于更大模型則加速比下降；如果需要高效地求解更大規(guī)模的有限元模型，則需要加大計算機內存，升級網(wǎng)絡速度，增加節(jié)點數(shù)。開發(fā)了 MATLAB程序，跟蹤數(shù)值計算每一步結果，采用三維圖形實時展示在集群主節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)值仿真與圖形仿真的緊密結合。
　　(5)提出一種新型方鋼管混凝土柱與鋼梁連接節(jié)點，并分別按照不考慮樓板和考慮樓板建模，進行有限元分析。結果表明該節(jié)點承載力高、剛度大、延性好；樓板對節(jié)點剛