CS板式结构体系整体性及倒塌性研究.pdf.doc

天津大学硕士学位论文CS板式结构体系整体性及倒塌性研究姓名：张鸣申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：李砚波20090501 分 析结果，找 出差 距 存 在 的 原 因 。关 键词： 板 式 结构 体 系整 体 性能 抗震 能 力时 程 分 析 畇 甌 独 创性 声 明或 撰 写 过 的 研究成果 ， 也不包 含 为 获得叁 盗 盘 堂或 其 他 教 育 机 构 的 学位 或 证索 ， 并 采 用 影 印 、 缩印 或 扫 描等 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 以供查 阅 和 借 阅 。 同 意学 校向 国 家 有 关部门或 机 构 送 交论 文的 复 印 件 和磁 盘 。 艿 难 宦 畚脑诮 饷 芎 笫视帽 臼谌得学位论 文作者签 名：裂与 第 一章绪 论 国内 外节 能 保 温 建筑 材料 的 研 究 现 状 庋芯 肯 肿 础 】 第 一章绪 论灰 砂砖 产品和种类 很 多，从小型砖 到 大 型砌块 ，每 个 生 产企 业产品规 格多达十 几 种。 灰 砂砖 以 空 心制品为 主 ，实心砖 的 产量 很 小。 砖 的 颜色有 素 色和彩色， 第 一章绪 论 第 一章绪 论 多 年 的试验研 究 及工 程 应 用 使 我 们看 到 ， 板式 结构 体系与 砖 混结 构 相 比 板使 建筑 自重大 人减 轻 从 而减 小了 建筑 物 上 部 结构 的内力 也减 小了 建筑物 基 础 的荷载 ， 使 建筑 物 整 体综 合造价人大 降 低 ， 经济 效果十 分明 显 。 以辽宁省 第 一章绪 论建筑 结构 体系中 的 承 重 及 非 承 重 墙 板 馇健 谇 健 诟羟 ，楼板，屋 面板，均 可 采 用 板，推 动 了 墙 体改革 的 进 程 。 采 用 由 板形 成 的 建筑 结构 体系，整 个 建筑 可 以 不 使 用 一块粘 土 实 心砖，从 而能 节约耕地 ，能 源，减 少了大 气 污染 。 并且 绝大 部 分 的 板构 件 都 可 在 工 厂 完成 ，实 现 了 建筑 工 厂 化 。经过 初 步 研 究 和 发展， 板式 结构 体系”已 发展形 成 了 自 己的 建筑 体系，它是 一种具有 “节能”和 “绿 色 ”特征的 新 型 的 板式 结构 。 板式 结构 体系试 验 载体工 程 已 经确 定并列入 天 津 市 建委 试 点计划 开 展工 作，在 最后形 成 整 体房 屋 的 基础 上 会 进 行 整 体房 屋 的 加荷 试 验 ，测 试 结构 的 各项 性 能 ，以 验 证 结构 可 靠 性 ，通过 试 验 工 程 及 技 术 鉴 定后形 成 的 环 保 、 节能 、 产 业 化 的 板式 结构 住 宅 体系，将准 备 作为 天津 市 地 方 标 准 予以 发布，由 市 建委 组 织 实施推 广【 】 。综 上 所 述 ， 板式 房 屋 结构 是 一种 具有 “节能 ”和 “绿 色 ”特征的 新 型 的板式 结构 ，通过 对 该 结构 进 行 静 力 和 动 力 试 验 ，研 究 该 结构 力 学性 能 ，建立 适 合于 这种结构 的 设计理 论和 结构 可 靠 度分 析 的 模型 ，对 推广和 使 用 这种具有 节能 和绿 色 环 保 特征的 新 型 住 宅 结构 体系及 实 现 建筑 业 的 产 业 化 、 规范 化 将会 起 到 重 要的 作用 。 第 一章绪 论两种 具有 不 同边缘构 件 的 板式 结构 的 整 体性 能 。提 出 改进 优 化 的 措 施，从 而为 实 际 设计应用 提 供 理 论依 据 。 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 模 型 试验简 介 比例 的 三 层模 型 ，选 取 板式结 构 住 宅 体 系 试 验楼 的 一 个 开 间 ，两个 进深 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 悖 畂 嫂可 可可可 图 礁 止 芷 覶 与 墙扳连 接阿 栊 蝱 与 墙板连 接 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式为 保证 模 型 房 屋与 原型 的 可 比性 ，根据模 型 轴压 比与 原型 轴压 比相 似 的 原则确 定 模 型 的 竖 向 荷 载 。为 保证 竖 向 荷 载 均匀 分 布 于 每 层楼 板处 且 保证 操 作的 方 便及 可 行性 ，我们采用在 每 层楼 板上 均布 试 块的 方 法 。但 由于 受 模 型 楼 板面 积 和 层高 的 限 制 ，并 考虑 放 置 试 块的 可 操 作性 ，因 此 不 能 达 到 满 配重 ，竖 向 荷 载 在 测试前一 次施加 完 毕 。各层楼 面 的 配重 、 自 重 详 见 表 。 第 二誊 板 式结 构 体 系 的 整体 性 与 例 塌 模 式 泄乖 熘 鵦 迨 浇 峁 采 用 了 第 二章 板 式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式霞 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 斛 塌 模 式囊图 弧 模 型 二外 墙阳 角做 法 结构 的整体 性结构 的 整体 性 是保 证 结构 各部 件在 地 震作 用 下 协 调 作 的 必 要条 件，建 筑在化 、 耗 能能力、 变 形性 能及 恢 复 力特 性 等 方面均做 了 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式研 究表明，工 程结 构 在 各阶 段 的 性 能与 其 变 形 灰 指 标 有 较 好的 相 关性 ， 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式模 型 一模 型 二 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 队 捎 诩 釉 毓 讨蟹 峙淞呵 虼 俗 詈 笾 坏 玫降 蚣釉 氐闹 突厍 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 紫 冉 街 纸 峁沟 慕诘 愎 乖齑胧 卸 哉眨 诘 闫 矫 娌 贾眉 与 。图 模 型 试 验二节点布 置 平 面 图 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 蝠 模 式模 型 试 验中 为 了研 究不同 类型 构 造柱节点连接形式的 受 力 及抗 震 性 能 优劣， 也 为 了 扳 式结 构 房 犀 选 择 最 优节点连接形式提 供 依据 ， 最 好 进 行 各种构造拄 节点连接形式的 模 型 试 验， 如 争混 凝十柱节点方 案、 仝 型 钢柱节点方 案等 ，环 的 峰 点 J夹 逗 傻 连结 起来即 各加 载 级 峰 值 点的 包 络 线， 就 可 以 得 到 骨 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式图 模 型 一骨 架曲 线图表 模 型 一正 向 加 载 的 几个 特 征 点 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 投 无构 造柱 板式结 构 墓 羌 芮 呷 缤 所 示 。图 模 型 二骨 架曲 线图 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式加 荷 阶 段段， 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 板式结 构 的 倒 塌 模 式在 地 震 等强 自 然 灾 害的 作 用下 ， 往往会 造 成 建筑 结构 的 倒 塌 破坏 ， 这是造 成人 民 生 命 财 产 损失 的 重要 原 因 。建筑 结构 的 倒 塌 模 式与 结构 类 型及抗震 构 造 措 施有 关。一 般 结构 的倒 塌 情 况主 要 有 以下 几 种 ： 筇 二 章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式塌 模 式。 第 二 章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式图 层间 连 接构 造 措 施图 一 第 一章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式图 整体 拨 起式 限 状 态 倒 塌 性 分 析 ：此 种 倒 塌 模 式以 基础 与 墙 板拉接 筋达 到 屈 服 强度 ， 为 整 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式个 结构 的 屈 服 点 。可 见 此 种 倒 塌 模 式属 于 薄弱 部 位 的 破坏 导 致 的 倒 塌 ， 故此 种 模式不能 充 分发挥 结构 构 件 材 料 的 全部 强 度 ， 结构 整体 性 、连 续 性 以 及 延 性 较差 ，实际 工程 中 应 避 免 发生此 种 倒 塌 模 式。图 基础 与 上部 结构 连 接 构 造 示 意 图 第 一 章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 横 式图 拦 问 弯 曲破坏 极 限 状 态处 理 设 置足 够的 拉 接 筋这 样 可以 使 扳式结 构 的 薄弱 部 位 形 成 根 有 效 很 牢 第 二章 扳式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式为 屈 服点 。 可 见 此 种 倒 塌 模 式属 于 局 部破坏导 致 的 倒 塌 故此 种 模 式不 能充 分 发挥 结构 构 件 材 料 的 全部强 度，结 构 整体 性 、 延 性 较 差 ，实 际 工程 中 应 避免 发 生此种 倒 塌 模 式。 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式震承 载 力验算和结 构 抗 震变 形 验算， 对 上 述 两 种 板式结 构 体 系 进 行 抗 震验算。本 文所 述 板式模 型 结构 原 形 取自 惹鳬 类 场 地 承 重板剪 力墙 结构 。 结构 原 形 为 没有 明 显 不规 则情况的 一 般住 宅 ， 共三层 。 在 多 遇 地 震下的 地 震影 响 系法 ： 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 艷 ，可取 扔 ， 这 样 ， 结构 等 效 总 重力荷裂 就 可用 下式表 示 ：由 此得互 ： 善 生 疎表 模 型 一 结构 的 质量分布模 型 一 试 验所 得基 本 周期 正 ， 阻尼比 孝 度 度 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 多遇地 震 作 用 下 弹 性 变 形验 算 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式根 据 模 型一 有构 造柱 板式结 构 骨架 曲 线， 取 其开 裂 点之前即 弹 性 变 形阶段 的 直 线斜率 做 为 结构 的 抗 侧 刚 度。 得到 各 烈度层 间 位 移 值及层 间 位 移 角 见 表 受 剪 承载 力 和按 罕 遇地 震 作 用 计 算 的 楼 层 弹 性 地 震 剪 力 的 比值。结构 第 愕 穆 闱 慷认凳 齡 可 用下 式表 示 ： 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式， !0垂 辜 导 逝 浣 詈 筒 牧 锨慷缺曜 贾 导 扑 愕 膄层 受 剪 承载 力 ；层 所受 弹 性 地 震 剪 力 的相 对 关系 。 同 时 还 表 明， 在 地 震 作 用下 ， 对 于 沿 高 蛩 形氏 厶厶 痰 骸 疘丸 。 一 墙 板截面有效 高度； 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 度 多遇地 震 作 用 下 弹 性 变 形验 算表 模 型二多遇地 震 层 间 位 移 角层 间 位 移 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式 罕 遇地 震 作 用 下 弹 塑性 变 形验 算 度表 投 闱 慷认凳 度 由上 表 可 以看 出 ， 模 型一 原 型结构 各 烈度下 楼 层 屈服 强 度系 数 均 大于 ， 故 可 不 进 行 高于本 地 区设 防 烈度的 罕 遇地 震 作 用下 薄 弱层 课 的弹 塑性 变形验 算 ， 结构 的 弹 塑性 变 形满 足 规范要 求 ， 即 可 保证结 构 在 罕 遇地 震 作 用 下 不 发生倒 塌 。 所以设 计 合理 的 、 质 量 和刚 度沿 高度分 布均 匀的 、 无构 造柱 板式结构 在 度地 震 作 用下 ， 也可 以做 到 “小 震 不 坏， 大震 不 倒 ”。 第 二章 板式结 构 体 系 的 整体 性 与 倒 塌 模 式另外 ， 由 表 氨 可 知 ， 有 构 造柱 板式结 构 的 屈 服强 度系 数是 第 二章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析为 模型 巨 大， 如 果按 照 这 样 的 选 型 来 模拟， 实 体建模 时 不 但几 何 建模 任务 繁重 ， 网 格 划 分 时 也需 要消 耗 大量 精力 ，节 点 数 目 不容 易 人为 控制 缩减 给 后 期计算 处 理带 来 不便 ，所 以 在 此 采 用 整 体式建模 ，将 钢 筋 、钢 丝分 布 与 整 个单元 中，并 把 单元 视 为 连续 均 匀材 料。弹 性模 量 为 ， 浒 蔚 吞 几炙 康 牡 阅 课 利用 换算 公 式可 求得模型 中的 混 凝 土 与 细 石 混 凝 土 的的轴 心抗 压 强度设 计值和标准 值 们 。以 取 。 第 二章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析对 于 # 梢 酝 淙胂 嘤 挠 挥 涔 叵 刀 錠 图 混 凝 土 单轴 受 压 应力 应变 曲 线混 凝 土 采 用多线性等向 强化 模型 ， 甒 五 参 数 破 坏准 则，对 于圈认 为 钢 丝、钢 筋 、型 钢 都 为 理 想 弹 塑性材 料，钢 筋 、钢 丝、型 钢 应力 应变 曲 第 三章 板式模 型 站 蜘 的 单调推 疆分 析圈 铡 筋、型 铡 、铡 蝗 应 力 一心 变关 系 曲 线 颍 阅 徒 峁沟暮 嵯 墙板开 洞 一侧 魑 猋为 符 合 实 际 变形 连 续的 条 件 ， 粱 ， 柱 、板之 间的 连 接采 用共 用节 点 的方法 柬 处 理 ， 扳 式结构模 型 的 订 限元 模犁 板 式结 构 的 单调 推 覆分 析推 覆分 析法 畂 法 恰 督 拐 鹕 杓 乒 娣 丁 第 第 二章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析构 发 生 理 想 的 底 层墙 板弯 剪破坏倒塌 时， 其 屈服 点处结 构 的 弹 塑 性 层间 位 移角 限 第 三章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析型 可以 较理 想 的 模拟 板式结 构 。两曲 线存 在差 距 的原因主 要有以 下 几个方 面：到 最 合 理 的 形 状 比 率 等原因也 导 致了 差 距 的 存 在。为其 设计 提供 依据， 为其 推 广使用做出 贡 献 。 图 有限 托 模型 一 裂 缝分 布 图 各 种构 造柱 节点连 接 形 式的 模型 试验 ， 知 伞 混 凝 土 桂节点方 案 、牟型 钢 柱 节点方案 等但 综 合 考 虑 实际的 经 费 、 时间 、 施 工构 造等各 方 面的 因素 ， 最 后采 用了 混 第 三章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析中， 应 加 强 圈梁 与构 造柱 的 连 接 ， 避 免连 接 节点的 破坏。 比 较框架 结 构 六根构 造柱 可以 发 现， 加 载侧 混 凝 土 柱 破坏严重 ， 而 其 余四 根型 钢 柱 基 本完 好 ， 可见 采 用 辩 三章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析 柱 节点框架 结 构 的 承载力 是 模型 一 结 构 的 可见 型 钢 柱 节点框架 结 构 承载力 另外 粱 柱 节点处裂 缝也 十 分 密 集， 可见应 加强 圈粱 与构 造柱 的连 接 ， 避 免连 接阿 第 三章 板式模 型 结 构 的 单调推 覆分 析 有限 元分 析模型 二 结 构 位 移 云 图及 裂缝 分 布 见 图 及 图 。一 ，陶 邢 拊D缫 晃 多 五目 图 萁 峋 魈 呛 稍匾 籺 芷 移 曲 线 若 采 用 有 构 造柱 板式结 构 ， 构 造柱 宜 全 部 采 用 型 钢 柱 以 提 高 结 构 的 抗震 能力 。并 对 其 进行单调推 覆分 析与 时 程 分 析， 得 出 如下 结 论： 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析我 国是 一 个 多地震 国家 ， 海 城 、唐山 、汶 川等强 烈 地震 给 我 国人 民 的 生 命财产 造 成了 巨 大 的 损 失。 对 于 地震 灾 害 ， 应 贯 彻 预 防为主的 方针， 而其中 最 根 本 的是 搞好 抗 震 设防， 提高 工 程结 构 的 抗 震 能 力 。 然 而， 以 往对 板式结 构 体 系抗震 能 力 的 评定 结 果大 都为定 性结 论 ， 缺 乏 定 量数 据 的 支 持， 难以 合理有 效 地确 定结 构 的设计 方案 。【縶 够 【縶 颈 鱱 一 【縶 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析单 位 的 阻 尼 系 数 口 、 由下 式确 定 一 了 直接 积 分 法 。直接 积 分 以 下 面 两个 假设 为基础 ： 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析戈 ，： 翌 兰 茗 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析拍 谑 捣直鹩 糜 谏杓 苹 镜 卣 鸺铀 俣 任牡 厍时程曲 线如 图 至图 所 示 。图 度多遇 地震加 速 度时程曲 线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析度罕遇 地震加 速 度时程曲 线度多遇 地震加 速 度时程曲 线度罕遇 地震加 速 度时程曲 线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析度 多 遇 地 震 作用 下 顶 层 位 移 时程曲线度 多 遇 地 震 作用 下 顶 层 位 移 时程曲线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析度 罕 遇 地 震 作用 下 顶 层 位 移 时程曲线度 罕 遇 地 震 作用 下 顶 层 位 移 时程曲线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析度 多 遇 地 震 作用 下 底 部剪 力 时程曲线度 多 遇 地 震 作用 下 底 部剪 力 时程曲线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析度 罕 遇 地 震 作用 下 底 部剪 力 时程曲线图 度 罕 遇 地 震 作用 下 底 部剪 力 时程曲线 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析结 果 可 以 觯耗 鸵唤 峁箍 梢 缘 钟 在群 辨 实 卣 鹱髌 琷 下 ， 结 构 破 坏。 分 析结 果 有 差 异 的 原 因在于地 震 作用 是 一 个时问 过 程， 节 的 模型 结 构 一 抗震 能力 分 析未能反映 结 构 在地 震 过 程中 随时间变 化 的 过 程， 属于弹 性 分 析它 是 基 于弹 性 方法 推导出来 的 ， 对 于结 构 在强烈 地震 作用 下 进入塑性 时， 仅用 某些系 数 来 考 虑 结 构 的弹 塑性 特性 是 不能比 较准 确分 析结 构 住明 显 进入弹 塑性 阶 段时的 受 力 和 变 形 的 因此时程分 析法 更 接 近 实 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析表 不同 加 速 度峰值的 地 震 波 对 模型 二 产生的 地 震 作 用 第 四章 扳式模 型 结 构 的 时程分 析群 庇 龅 卣 鹱饔 谩 度罕 遇 地 震 作 用 峁 沽 逊 旆 植 技 。属 于 材料破 坏 导致 的倒 塌 ， 它 能充分 发 挥结 构 构 件 材料的 仝 部强度， 结 构 整 体 性 、 第 四章 板式模 型 结 构 的 时程分 析根 据 表及 表中 各不 同 加 速 度 峰值 的 地震 波 对 两 种 结 构