预应力混凝土框架结构抗震性能有限元分析

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目前大跨度空间结构是发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况已是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。而预应力技术的特点使其广泛应用于土木工程的各个领域,但是它的抗震性能还在研究之中。目前有两种观点:一种观点认为预应力混凝土结构的抗震性能比普通混凝土结构要差,尽管预应力混凝土结构能够减小结构的裂缝宽度和变形,但是预应力混凝土结构阻尼小、耗能差、地震反应大。另一观点认为预应力混凝土结构对于改善结构的耐久性和振动反应都是有利的。此观点认为在同等条件下预应力框架开裂较晚,裂缝较少且卸载后裂缝恢复性较好,具有较好的抗震性能,从能量消耗角度来看,如果预应力混凝土结构设计合理,其性能不比普通混凝土结构差。究竟预应力结构抗震性能如何,影响因数有哪些?还有待于进一步的研究。对于钢筋混凝土的力学性能,长期以来人们都是用线弹性理论分析钢筋混凝土结构的应力或内力,同时以往的研究方法多以实验为主,这种设计方法往往是基于大量实验数据基础上的经验公式,缺乏系统的理论性。因此寻求一种系统的能够反应结构内部不同阶段的不同状态的科学的方法就变得很重要,而有限元分析方法恰好可以提供大量结构反应信息,特别是不同受力状态和不同阶段的信息,如何将其更好的应用于混凝土的性能分析中,也是值得探讨的问题。基于以上两个问题,论文主要进行了如下工作:1.对不同轴压比情况进行了对比计算,探讨了他们对结构动力性能的影响。结果表明轴压比较小时,提高轴压比对结构侧向承载有利,当轴压比超过0.6时,提高轴压比对结构承载力的提高非常小。2.往复加载计算表明,轴压比的提高对结构的延性和滞回性能有不利的影响。轴压比为0.6以后滞回环变得比较窄。但小于0.6的情况下,没有太大影响。3、对不同预应力度情况进行了对比计算,单调荷载作用下不同预应力度的框架的荷载—位移曲线比较相似,预应力度对于框架的极限承载力没有太大的影响,不同预应力度的框架的荷载—位移曲线比较相似。4、非预应力框架的滞回曲线基本上没有捏缩现象,而预应力框架的滞回曲线均有不同程度的捏缩现象。在初期,当结构处于弹性阶段时,非预应力框架和预应力框架的刚度变化不大。进入弹塑性阶段后,非预应力框架抗侧刚度的退化比预应力框架要严重一些。在塑性阶段后期,非预应力框架和预应力框架的刚度经过退化后,刚度又趋于一致。5.水平往复加载过程中,预应力框架的裂缝比非预应力框架要少。在模拟多遇地震的循环过程中,循环加载结束后预应力框架结构混凝土恢复的比较好,裂缝闭合情况良好,可见预应力框架的恢复特性比非预应力框架要明显好多。6、总结了有限元方法用于混凝土分析中需要注意的一些问题。主要有:防止不合理的边界条件引起应力集中,网格密度的控制,在满足计算要求的情况下不要太密,荷载步长不能过大,收敛准则在不影响计算精度的情况下尽量放宽。7.利用有限元分析方法对火力发电厂煤仓间结构进行了分析,建立了火力发电厂煤仓间结构模型,针对不同强度地震进行了计算,找出了结构的薄弱环节,探讨了预应力对结构动力特性的影响,验证了预应力结构方案的可行性,为此类结构的设计提供了分析方法。
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