應(yīng)用改進非線性分層殼模型的框架—核心筒結(jié)構(gòu)強震響應(yīng)分析.pdf

1、框架-核心筒結(jié)構(gòu)因具有空間利用率高、適用高度大的特點，在現(xiàn)代超高層建筑中占據(jù)了相當大的比例。但由于該類結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，構(gòu)件類型眾多，在地震作用下的動力特性較為復(fù)雜，因此需要利用數(shù)值手段研究其強震災(zāi)變機理，合理刻畫結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的損傷演化，以便有效的開展超高層結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計。作為框架—核心筒結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻的數(shù)值模型一直是研究的熱點，基于復(fù)合材料力學原理構(gòu)造的分層殼模型能夠較好的模擬剪力墻的復(fù)雜受力特性，但其對超高層結(jié)構(gòu)中剪力墻的

2、適用性尚存在不足。因此，有必要開展分層殼模型的改進，使其可以更好的適用于超高層結(jié)構(gòu)剪力墻構(gòu)件的模擬，為進一步刻畫剪力墻構(gòu)件損傷模型及開展框架—核心筒結(jié)構(gòu)分析奠定基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在對幾何大變形殼元NLDKGQ和基于修正斜壓場理論的混凝土材料進行分析評估的基礎(chǔ)上，分別對殼元和混凝土材料進行了改進，建立了性能更優(yōu)的分層殼模型。針對NLDKGQ殼元模擬超高層結(jié)構(gòu)剪力墻構(gòu)件平面外力學性能的不足，采用基于廣義協(xié)調(diào)理論構(gòu)造的厚

3、薄板通用元TMQ進行改進，建立了能有效模擬超高層剪力墻平面外性能的ShellGNL殼元，并通過對板元采用二次縮減積分來進一步提高殼元計算效率。針對混凝土材料本構(gòu)，為改善數(shù)值計算的穩(wěn)定性，并使其能夠更準確的模擬剪力墻構(gòu)件的力學行為，對修正斜壓場理論的受壓下降段本構(gòu)和開裂混凝土剪切模量的取值進行了修改，同時采用Mander模型考慮剪力墻暗柱處箍筋對核心混凝土的約束作用。基于C++語言編程平臺建立了改進的非線性分層殼模型，并將其集成到本課題組

4、主導(dǎo)開發(fā)的專門針對超高層建筑結(jié)構(gòu)動力彈塑性時程分析程序DUT中。⑵將改進的分層殼模型依次應(yīng)用于板構(gòu)件、剪力墻構(gòu)件及框剪結(jié)構(gòu)的計算分析，驗證了提出模型的合理性和可靠性。針對板構(gòu)件，進行了四邊固支彈性方板和鋼筋混凝土板的模擬，通過對比發(fā)現(xiàn)，NLDKGQ殼元在計算薄板時較為準確，但不適用于厚跨比較大的板構(gòu)件；ShellGNL殼元無論是計算薄板還是厚板均有足夠的計算精度和收斂速度。針對剪力墻構(gòu)件，首先進行了多組鋼筋混凝土剪力墻構(gòu)件單調(diào)加載和低周

5、往復(fù)加載試驗的模擬對比，證明了改進分層殼模型對各類型剪力墻均有較強的適用性，并且計算精度較高，在此基礎(chǔ)上，通過改進建模方式建立了基于分層殼模型的型鋼混凝土剪力墻模型，并通過多組試件的對比驗證了模型的可靠性。針對框剪結(jié)構(gòu)，與 SAP2000程序和帶剪力墻足尺結(jié)構(gòu)振動臺試驗進行了對比，驗證了模型計算結(jié)果的準確性，并通過分析得出，當結(jié)構(gòu)中剪力墻構(gòu)件數(shù)量較多、厚跨比較大且剪切效應(yīng)明顯時，建議采用能夠考慮面外剪切的殼元。⑶為研究鋼筋混凝土剪力墻的

6、損傷演化規(guī)律，提出了一種雙參數(shù)非線性組合的損傷模型。模型采用不可恢復(fù)位移項和累積耗能項進行非線性組合，不僅可以考慮兩者在整個地震過程中對損傷貢獻的動態(tài)變化，而且解決了上下界不收斂問題。相關(guān)系數(shù)利用剪力墻構(gòu)件試驗數(shù)據(jù)結(jié)合分層殼模型有限元模擬進行確定，并通過與多個模型進行對比驗證了其合理性和可靠性。利用該模型分別進行了不同高寬比、邊緣配箍率和軸壓比剪力墻構(gòu)件的損傷演化計算，通過分析發(fā)現(xiàn)，增大剪力墻高寬比會使構(gòu)件較早進入屈服階段，但會表現(xiàn)出較

7、好的延性，增加剪力墻邊緣配箍率會顯著減緩損傷的發(fā)展，但建議控制在一定的合理范圍，增大試件的軸壓比會降低延性，使損傷發(fā)展加快。⑷進行了超高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)地震作用下非線性響應(yīng)分析。首先對比了不同剪力墻分層殼模型對高度為258m和660m超高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)整體及局部響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)材料模型對兩者影響較大，考慮不同面外特性的殼模型對結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)影響較小，但對于剪力墻構(gòu)件損傷刻畫會出現(xiàn)較大差異，很有必要開展針對超高層剪力墻分層殼模型的研