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基于非线性分析的修建结构设计与优化

发布时间:2021-05-23 人气:

本文摘要:本文基于非线性分析,研究可应用于修建结构的优化设计方法和直接分析设计方法,并举行相关软件及工程实践。为设计轻便,通常基于线弹性假定举行修建结构设计,但修建结构在地震等灾害作用下具有较强烈的非线性属性,尤其在举行消能减震、隔震和抗震性能设计时,忽略修建结构的非线性属性将带来明确的设计效果偏差。

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本文基于非线性分析,研究可应用于修建结构的优化设计方法和直接分析设计方法,并举行相关软件及工程实践。为设计轻便,通常基于线弹性假定举行修建结构设计,但修建结构在地震等灾害作用下具有较强烈的非线性属性,尤其在举行消能减震、隔震和抗震性能设计时,忽略修建结构的非线性属性将带来明确的设计效果偏差。

随着非线性分析技术的进步,基于非线性分析效果举行修建结构的设计和优化已成为可能,如下一些方面值得在工程实践中推广应用:(1)优化连梁刚度折减系数;(2)优化框架-剪力墙结构内力调整系数;(3)优化抗震性能设计方法;(4)消能减震结构附加阻尼比的优化及直接分析设计;(5)隔震结构水平向减震系数的优化及直接分析设计;(6)钢结构直接分析设计。本文将联合工程案例给出几个基于非线性分析的修建结构设计与优化实例供工程实践和继续研究参考1优化连梁刚度折减系数《修建抗震设计规范》(GB50011-2010)划定:“ 抗震墙地震内力盘算时,连梁的刚度可折减,折减系数不宜小于0.5。

”规范只给出了连梁刚度折减系数的下限划定,并未明确结构设计时连梁刚度详细的折减方法,但在工程实践中往往通过人为给定全楼统一的连梁刚度折减系数举行盘算。这种简化做法并未思量差别楼层、差别位置连梁的受力状态差别和可能损伤差异。

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上图是某剪力墙结构设防烈度下连梁损伤情况上图为接纳SAUSG软件基于非线性分析获得的第7层连梁刚度折减系数大家可以从以上两组图中看出,差别楼层、差别位置连梁在设防烈度下的损伤破坏情况及连梁刚度折减系数 差异性很大。连梁刚度折减系数对连梁内力的影响连梁刚度折减系数对相邻剪力墙内力的影响同时可以从表格中看出,若接纳全楼统一的连梁刚度折减系数,则将 导致连梁及相邻剪力墙的内力与实际受力状态显着不符 ,影响混凝土结构的宁静性与经济性。2消能减震结构附加阻尼比的优化设置人字支撑剪切型阻尼器结构模型图 人字支撑剪切型阻尼器某框架结构地上5层,结构高度为16.5m,设防烈度为8度(0.30g),设计地震分组为第一组,园地种别为III类。

在1F~4F每层端部和转角位置设置五个阻尼器,顶层设置两个阻尼器,阻尼器初始刚度为466000kN/m,屈服力为700kN,屈服后刚度比为0.02。抗规给出了位移型阻尼器附加阻尼比的简化盘算公式,该结构的附加阻尼比盘算如下表所示:阻尼器的附加阻尼比为:SAUSG软件盘算获得的能量图如下图所示:人工地震动非线性分析能量图通过能量图获得阻尼器总耗能为1191.47kJ,结构初始阻尼耗能为1455.66kJ,盘算阻尼器附加阻尼比为:联合以上可以看出,规范简化公式和基于非线性分析获得的附加阻尼比相差很大,原因是简化算法的一些基本假定与实际情况并不相符:差别楼层和差别部位的阻尼器,到达耗散地震能量的峰值具有差别时性;阻尼器往复作用时,双偏向耗散地震能量的峰值具有差池称性;差别楼层的楼层剪力和层间位移峰值均具有差别时性。

3钢结构直接分析设计现在阶段,钢结构的设计基于分叉点稳定的欧拉公式,凭据结构有、无侧移状态及构件界限条件,通过构件的盘算长度系数举行稳定验算。这种钢结构稳定盘算方法是在盘算技术不具备的情况下,利便手工盘算的一种简化方法,有明确的理想化假定,也比力粗拙。海内、外近年来的钢结构设计,越来越多地倾向于直接思量结构和构件的初始缺陷和初始应力、结构的P-Δ效应和构件的P-δ等几何非线性影响以及质料的非线性属性,举行钢结构直接分析设计。

一阶、二阶和直接分析荷载-位移曲线对比荷载-位移曲线获得的屈曲荷载对比以上图、表中给出了某实际钢结构算例接纳SAUSG软件获得的一阶、二阶和双重非线性直接分析设计的全历程荷载-位移曲线对比。可以看出, 初始缺陷、几何非线性和质料非线性对钢结构的设计效果影响均较显著 , 接纳直接分析设计方法可以显着提高钢结构的设计宁静度及实现钢结构优化设计。结论(1)突破线弹性假定,实现基于非线性分析的修建结构设计与优化已具备比力坚实的技术基础;(2)基于非线性分析,通过越发准确的体现结构实际受力状态,可以更好地保障结构宁静和实现优化设计;(3)基于非线性分析的钢筋混凝土结构、钢结构、消能减震结构及隔震结构的直接分析设计方法值得继续深入研究。作者先容杨志勇结构专家,博士,研究员 广州建研数力修建科技有限公司总司理 产物总监供 稿建研数力/杨志勇编 辑市场部资源推广中心/孟鹤策 划Do Re Mi Fa 小组本文转自CABR建研科技,仅作分享学习交流,如有侵权,请联系小编删除!。


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