钢筋混凝土结构非线性阶段动力响应实验研究与数值模拟-结构工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TU313.3 U.D.C: 624 Dissertation for the Master Degree of Engineering NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON DYNAMIC RESPONSES OF REINFORCD CONCRETE IN NON-LINEAR STAGE Candidate:Zou DujianSupervisor:Associate Prof. Liu TiejunAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpecialty:Sturcture EngineeringAffiliation:Shenzhen Graduate SchoolDate of Defence:June, 2008Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 钢筋混凝土材料是我国现在以及今后相当长的一段时间内的重要的建 筑材料，其阻尼性能的优劣直接关系到建筑结构抗震抗风性能的强弱，阻尼 如何取值也关系到结构动力分析的准确程度，影响阻尼的因素众多，其中结 构损伤对混凝土结构的阻尼性能影响很大，但是定性的研究损伤和结构的阻 尼比的关系却是非常复杂和困难；另外，致力提高结构材料的阻尼能力为土 木工程结构的防灾减灾开辟了一条新的途径，钢筋混凝土的阻尼性能可以通 过材料、构件和结构不同层次的试验系统研究，也可以通过有限元软件来模 拟仿真分析钢筋混凝土的阻尼增强对结构的减震作用。本文的研究内容主要 有以下方面： 首先，为了定性的研究不同程度的损伤对构件刚度与阻尼性能的影响， 本文首先利用分级加载简支梁试验，对钢筋混凝土构件造成不同程度的损 伤，然后试验测试其对应阻尼比和损耗因子的变化，通过模态分析得出动力 特性参数，分析频率、阻尼比、损耗因子、及储存模量随不同损伤状态的关 系。最终对分级加载试验数据进行非线性回归，得到了以荷载等级为自变量 的频率、阻尼比、损耗因子、储存模量的表达式。 第二，为了更形象地研究柱的阻尼性能对框架减震耗能的影响，通过 ANSYS 来模拟柱加入阻尼增强掺合料后的阻尼增强效果，建立了单榀钢筋 混凝土框架有限元模型（强梁弱柱），并分别设置三维有限元框架模型的框 架柱的粘性阻尼比为 4%、6%、8%和 10%，进而研究柱的阻尼增强对于整 体结构的减震作用。有限元模拟结果表明：框架柱粘性阻尼比的增加有效的 提高了框架的抗震能力，并使框架的主振频率发生了变化。 第三，为了研究工程中普遍使用的结构形式—框架结构，建立了两层框 架模型，对比研究了柱、梁构件的阻尼增强对于整体结构的减震效果。假设 柱构件粘性阻尼比为 4%时，梁构件的粘性阻尼比分别为 4%、6%、8%和 10%； 假设梁构件的粘性阻尼比为 4%时，柱构件的粘性阻尼比分别为 4%、6%、 8%和 10%。模拟结果表明：梁构件和柱构件在框架减震耗能中起到的作用 是相当的。总体来说，柱的减震耗能能力会略强于梁的减震耗能能力。 最后分别分析了强柱弱梁框架模型在柱构件增强阻尼和梁构件增强阻 尼时的减振能力，并分析了框架中裂缝的发展。 I  关键词 裂缝与损伤；阻尼增强；两层框架结构；减震作用; 数值模拟 II Abstract Abstract The reinforce concrete material is and will be the most important duilding materials for quite a long period of time in China. Its damping properties are directly related to the capability of structures to resist seismic and wind. The ways to get the damping ratio have great impact to the nolinear analysis, however, the real damping ratio is due to many factors including damage. The damage has a great impact on the damp of reinforced concrete structure and it is very complex and difficult to stud