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随着改革开放的不断深入,我国经济进入了高速发展期,经济水平的不断提高及城市化进程的加快促使城市的民用建筑日趋紧张。为了缓解民用建筑的压力,除了进行大量的扩建和改建外,还有一部分进行改造。改造建筑是一种较为经济、有效和实用的方法。尤其是上世纪八十年代及九十年代,我国城市的住宅和其他民用房屋,大多数是低层或多层建筑,这些建筑既不能停止使用,又急需扩大使用面积,其中,有些建筑物在过去建设中没有进行抗震设防或者设防标准偏低,加之上接钢结构的建筑改造存在上下刚度与质量的突变。导致此类建筑结构上下周期和频率存在很多差异,使结构的抗震性能及寿命降低甚至倒塌和破坏。因此,研究钢筋混凝土框架结构上接钢结构的抗震性能对于建筑的改造设计及维护具有重要意义。
本文通过对钢筋混凝土框架结构上接钢结构在地震及恒载共同作用下动态仿真分析作了初步探索研究。以某一典型钢筋混凝土框架结构上接钢结构在地震及恒载共同作用下分别采用结构设计专用软件PKPM和大型有限元ANSYS软件进行动态仿真分析。根据整体结构中关键节点的应变及应力状况,得出采用PKPM软件模拟不同地震波作用下相同层数及相同地震波作用的不同层数的建筑结构的抗震性能以及薄弱位置。同时对相同地震波(天津波)作用下,分别研究了上接钢结构层数改变下部钢筋混凝土框架结构层数不变的情况,进一步验证了PKPM分析的结论及相应的规律。软件的分析结果表明此类建筑结构的改造设计除了结合经验外还需充分考虑到上下层数的变化对抗震性能的影响。
针对钢筋混凝土框架结构上接钢结构在地震及恒载共同作用下是相当复杂的过程,在实际工程设计时要通过模型试验来对其进行研究,而且在进行试验之前还要对其进行不同的有限元分析。有限元分析结果不仅用于指导模型试验,而且可以进行参数分析研究,以弥补模型试验的不足。
本文主要工作内容如下:
(1)通过PKPM结构计算作用软件建立混凝土-钢整体模型,并对整个模型在地震荷载作用下进行时程分析,统计模型在不同特征周期及变化混凝土或钢结构层数的时程分析数据。
(2)采用ANSYS大型有限元软件建立某一地震激励和恒载共同耦合作用下的有限元模型,并结合静荷载作用的模态数据进行内力分析。
(3)提取上面两种软件分析的应力和应变等结果数据进行对比分析。分析过程采取各自软件在不同地震周期、不同层数下的节点应力和应变的比较和在不同软件得出结果的分析比较。
(4)总结加层前后节点应力与位移的变化规律,得出加层改造应该重点考虑的位置。
通过本论文的分析结果,得出了一些钢筋混凝土框架结构上接钢结构在地震及恒载共同作用下结构节点应力和位移的变化规律,为今后类似加层改造的设计、施工及建筑监控提供了一定的参考价值。