随着生活水平步入小康,人们要求提高空间利用率以获得尽量多的使用空间。把柱的截面设计成“L”,“T”及“+”字形,使填充墙与柱壁同厚,柱处不出现凸出的棱角,室内空间有效利用率可大大提高。由于异形柱框架结构的优越性,国内外在异形柱及异形柱平面框架方面已有不少研究,但异形柱空间框架性能的研究尚处于初步探索阶段。为了能在实际工程中更好地运用这类结构,本文提出一种空间异形柱框架结构的非线性有限元分析方法,并结合单向及反复推覆分析方法对空间异形柱框架结构抗震性能进行分析,然后在推覆分析的基础上做一定的动力时程计算,另外还做了一些试验研究。 本文具体的内容有: 1.空间异形柱框架结构非线性有限元分析理论 首先假设框架梁与柱符合平截面假定、钢筋与混凝土之间的粘结可靠、忽略裂缝中骨料之间的咬合力、钢筋无横向抗剪作用、忽略横向剪切变形及扭转变形。然后确定反复加卸载时钢筋与混凝土的应力—应变本构关系。针对该框架特点,对框架作适当的单元划分,并将异形截面划分为几个规则的矩形区域,然后运用组合层合单元、分区离散截面法及主从系统中的偏心转化法对异形截面的矩形区域进行分离与组合,并用子结构法及静力凝聚法提高计算效率。混凝土与钢筋采用差量叠加式模型。根据非线性有限元原理,结合增量物理方程和增量几何方程,提出简化非线性计算模型,探讨能较正确、全面描述空间异形柱框架结构工作时的抗震性能的方法。 2.空间异形柱框架结构静力弹塑性分析程序 在对异形柱框架抗震性能研究中运用静力推覆分析。在推覆分析过程中用逐步加减位移的自修正法来控制卸载及再加载,使负刚度阶段的计算得以实现。以顶层上的水平荷载为基准,其它各层上的水平荷载按倒三角的比例关系施加。当空间框架受到的水平力与某水平坐标轴有一小于等于45°夹角时,以顶层位移量在该轴方向的分量作为控制量并得到此时该轴方向的水平力分量,然后由该轴方向的水平力分量结合保证水平力方向角不变的条件得到另一水平坐标轴方向上的水平力分量。为避免材料本构关系的转折带来计算波折,并且为便于判断加卸载,在各级荷载的各自修正循环步中进行多次材料状态分析与取值,取值过程用割线模量搜索。在空间异形柱框架非线性有限元基础上编制推覆分析程序,并对程序的有效性进行了验证。