框架结构毕业设计开题报告

时间：2020-09-03 14:21:26 开题报告我要投稿

框架结构毕业设计开题报告

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框架结构毕业设计开题报告

　　课题名称：钢筋混凝土框架结构基于IDA方法的易损性分析

　　1、选题意义和背景。

　　钢筋混凝土框架结构由于其平面布置灵活、自重相对较轻等优点在我国有较为广泛的应用，例如办公楼、医院、学校校舍及工业厂房等。然而，框架结构也有其缺点，比如，抗侧刚度小、节点区域应力集中显着、并在强烈多维地震动作用下结构容易产生过大的非线性水平位移等。在实际震害中，框架梁往往先于框架柱产生破坏，并不能很好地保证“强柱弱梁”的抗震设防要求。一般来说，各类建筑物在地震动作用下产生的破坏甚至倒塌是造成人民生命财产受到损失的首要原因。据统计，各类结构物倒塌造成的人员伤亡占地震中伤亡总数的95%.实际震害调查结果显示，倒塌比例较高的建筑类型主要有砖混结构、底框砖混结构和框架结构。框架结构的倒塌主要以整体倒塌模式为主，外围围护结构及填充墙的破坏也比较显着。倒塌是由于结构在地震作用下丧失承担重力荷载的能力而引起的。而整体倒塌通常由地震作用下结构产生较大的层间位移引起，同时受到P-4效应放大和构件强度刚度承载力退化的影响，结构逐渐失稳直至侧向倾覆。

　　震害调查报告显示在框架结构破坏的案例中存在大量外围围护结构以及填充墙破坏的情况，这不仅造成了人们身体上和心理上的伤害，还对震后建筑修复带来一定的问题。所以，我们有必要对框架结构的抗震性能以及轴压比、框架填充墙等因素对框架结构抗倒塌性能的影响进行深入的研究。这不仅可以预测框架结构在未来地震作用中的地震反应，对可能遭受的结构破坏甚至整体倒塌进行预防，还可以对框架结构在地震作用下的抗震性能水平进行更准确地分析评价，从而有针对性地指导完善结构设计方案以及对既有建筑的改造加固。

　　2、论文综述/研究基础。

　　2.1增量动力分析的国内外研究现状

　　地震作为一种随机往复载荷，对于结构的破坏是一个损伤累积的过程，用强度准则和变形准则很难描述这一现象。IDA方法可以对框架结构进行从弹性状态到弹塑性状态直至倒塌的全过程分析。对于这方面内容国内外学者都做了大量的研究。

　　1977年，Bertero将同一条地震动作用下的多次非线性时程分析结果放在一起，以试图了解逐级放大的地震作用对结构非线性发展的影响规律以及结构从弘性、非弹性直至发生整体倒塌的全过程中结构的性能。这种分析方法被称为IDA丈法。

　　清华大学叶列平、陆新征等通过汉川地震极震区框架结构抗倒塌的研究得出增强结构整体性及冗余度可明显提高结构抗倒塌储备系数的结论。冯世平等人研究了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌反应。对结构处于不稳定状态(下降段)时的动力反应进行了讨论，还探讨了极限曲率延性比和强度降低率在结构地震倒塌反应中的应用。

　　2.2地震易损性分析的国内外研究现状

　　20世纪70年代初地震易损性曲线首先被用于对核电站的地震概率风险评估，随着易损性理论的发展，越来越多的学者开展了对核电站以及其它重大结构(如混凝土重力坝、变电站结构以及古塔等)的地震易损性分析研究。作为生命线工程，桥梁结构的地震易损性研究也受到了各国学者的广泛重视。国内外学者、机构对结构地震易损性开展了大量研究工作，取得了许多成果。

　　Muratserdar选取三层、五层、七层的RC结构房屋，采用人工地震波作用在不同层数的房屋，分析不同层数的RC结构的易损性。美国的地震损失评估软件HAZUS在大量研究者成果的基础上，结合性能设计理论和能力谱方法，给出了各类建筑结构的地震易损性曲线。

　　李谦对型钢混凝土框架结构基于IDA方法进行了研究，并把IDA方法应用到了型钢混凝土框架结构的地震易损性分析中。吕大刚、常泽民将可靠度引入了结构易损性分析中，对结构进行基于可靠度的整体和局部易损性的分析。

　　3、参考文献。

　　[l]周云。土木工程抗震设计(第二版)[M].北京：科学出版社，2011

　　[2]清华大学土木结构组，西南交通大学土木结构组，北京交通大学土木结构组。汉川地震建筑震害分析[J].建筑结构学报，2008, 29( 4) :129

　　[3]蒋欢军，郑建波，张桦。基于位移的抗震设计研究进展[J].工业建筑。2008,3 8(7)：1-5

　　[4]朱健。钢筋混凝土结构易损性分析与地震风险研究[D].西安：西安建筑科技大学，2010

　　[5]Bertero.Strength and deformation capacities of buildings under extreme environments[J]. Structural Engineering and structural Mechanics. PISTERS K S Edgewood Cliffs,NJ: Prentice-Hall, 1977, 211-215

　　[6]Mwafy M, Elnashai S. Static Pushover versus dynamic collapse analysis of RC buildings. Engineering structures,2001,23(5)：407-424

　　4、论文提纲。

　　1绪论

　　1.1研究背景及意义

　　1.2增量动力分析的国内外研究现状

　　1.3地震易损性分析的国内外研究现状

　　1.4本文的研究内容

　　2钢筋混凝土框架结构在地震作用下的增量动力分析

　　2.1概述

　　2.2增量动力分析理论和方法

　　2.2.1增量动力分析的基本理论

　　2.2.2地震动的选取

　　2.2.3结构地震反应参数和地震动强度参数的确定

　　2.2.4 IDA曲线极限状态的确定

　　2.2.5 IDA曲线的统计分析

　　2.2.6增量动力分析的基本步骤

　　2.3钢筋混凝土框架结构设计及有限元模型建立

　　2.3.1钢筋混凝土框架结构设计

　　2.3.2钢筋混凝土框架有限元模型的建立

　　2.4增量动力分析曲线的绘制和参数分析

　　2.4.1 IDA曲线的绘制和统计分析

　　2.4.2地震动强度参数分析

　　2.5本章小结

　　3基于IDA方法的框架结构易损性分析

　　3.1概述

　　3.2结构地震易损性分析的基本原理和步骤

　　3.2.1地震易损性分析的基本原理

　　3.2.2结构性能水平的确定

　　3.2.3结构的易损性计算方法

　　3.2.4地震易损性分析的步骤

　　3.3结构的抗倒塌储备系数

　　3.4不同高度框架结构算例分析

　　3.4.1基于S.地震动强度参数的易损性分析

　　3.4.2基于PGV地震动强度参数的易损性分析

　　3.5基于Say PGV的易损性矩阵分析

　　3.6本章小结

　　4框架结构地震易损性的影响因素研究

　　4.1概述

　　4.2填充墙对结构易损性的影响

　　4.3轴压比对结构地震易损性的影响

　　4.3.1不同轴压比的框架模型

　　4.3.2各分析模型的地震易损性分析

　　4.4混凝土强度对结构易损性的影响

　　4.4.1采用不同强度混凝土的框架模型

　　4.4.2各分析模型的地震易损性分析

　　4.5本章小结

　　5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。

　　本文以钢筋混凝土框架结构为研究对象，运用非线性有限元分析软件Perform3D对地震作用下结构的响应进行动力非线性分析。本文的主要研究内容及目标为：

　　(1)论述IDA方法的基本原理和分析过程，建立具有代表性的不同高度钢筋混凝土平面框架非线性分析模型，并选取合适的地震动记录，对模型进行增量动力分析，研究其抗震性能。同时分别考虑以不同地震动参数(Sa, PGA, PGV, S*)作为地震强度指标绘制IDA曲线，得到了IM-6,nax分位数曲线和emax的条件对数标准差，研究了框架结构在地震作用下以强度参数表示的IDA曲线的'离散性变化，评判地震动强度指标的有效性。

　　(2)论述了结构地震易损性的基本原理和过程，基于IDA分析结果对框架分析模型进行地震易损性分析，分别绘制不同地震强度指标的易损性曲线，评价其抗震性能，并对不同地震动强度参数表示的结构易损性矩阵进行分析比较。

　　(3)研究结构自身不同特性对其抗震性能的影响，从填充墙、轴压比、混凝土强度三个方面对框架结构在以PGV为强度参数的IDA方法的基础上进行地震易损性分析，评估以上因素对结构抗震性能的影响。

　　6、研究条件和可能存在的问题。

　　(1)其他地震动强度参数如弹塑性谱加速度在IDA分析中的有效性仍然值得研究探讨。以PGV作为地震动强度参数对应规范中三水准设防要求的具体划分还需要进一步完善。

　　(2)填充墙与框架结构件相互作用的机理以及研究模型还存在一定争议。

　　(3)箍筋对梁柱的约束作用在结构抗震能力中起到的作用还有待进一步研究。

　　7、预期的结果。

　　(1)在IDA分析中，同一结构、不同地震动强度参数条件下的IDA曲线簇的形状及离散性有一定差异。PGA对短周期结构的有效性较高，对于中长周期结构的有效性较低，对于中高层建筑的分析结果会产生较大的离散性;S*在各周期的效性相对较高，但在结构的弹性段内离散程度相对较大;Sa(T1,5%)在结构短周期内的有效性相对不高，而中长周期内有效性较高。PGV在较大的周期范围内，尤其是中长周期范围内的有效性较高，并且随周期分布较均匀;对于以第一振型反应为主的多层规则结构，采用Sa(T1,5%)指标和PGV指标作为地震动强度指标比采用PGA分析得到的IDA曲线的离散性要小，即采用Sa(T1,5%)或PGV更为准确。相比之下，采用PGV为地震动参数可以较好的改善ID A曲线的离散性，有效性较高。

　　(2)通过地震易损性分析可知，在小震作用下框架结构的延性耗能能力并不显着，达到正常使用极限状态的可能性较高，而在大震甚至巨震作用下结构的延性能力可以得到充分发挥，达到或超越生命安全极限状态的概率很小，倒塌的可能性更小。通过抗倒塌储备系数可知结构的延性耗能能力较强，根据我国规范进行常规设计的框架结构具有较好的抗震倒塌性能。以PGV作为地震动强度参数的易损性曲线不同极限状态结构的超越概率值相对较大，即结果相对保守，有利于保证结构不至倒塌，因此建议以PGV作为框架结构的IDA分析和地震易损性分析的强度参数。

　　(3)通过考虑不同因素对框架结构抗震性能的分析对比可得，填充墙的布置对框架结构抗震性能有很大的影响，填充墙均匀布置是可以提高结构的抗震性能，而除底层外布置填充墙的情况对结构的抗震能力不利;轴压比的减小可以提高结构的抗倒塌性能，与国外规范相比，我国规范中关于轴压比限值的规定偏高;柱混凝土强度提高对结构的在大震、巨震作用下的抗倒塌能力有一定的提高，但不显着。

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