某大底盘多塔结构动力弹塑性时程分析.pdf

某大底盘多塔结构动力
弹塑性时程分析
(申请清华大学工程硕士专业学位论文)
培 养 单 位 ： 土木工程系
工 程 领 域 ： 建筑与土木工程
申 请 人 ： 张 纯
指 导 教 师 ： 聂 建 国 教 授
联合指导教师 ： 閤 东 东 高级工程师
二○一五年六月
Dynamic Elastic-plastic Time History
Analysis of a Big Base and
Multi-tower Structure
Thesis Submitted to
Tsinghua University
in partial fulfillment of the requirement
for the professional degree of
Master of Engineering
by
Zhang Chun
( Civil Engineering)
Thesis Supervisor: Professor Nie Jianguo
Associate Supervisor: Senior Engineer Ge Dongdong
June, 2015
摘 要
摘 要
随着我国经济的快速发展，城市综合体建筑越来越多，大底盘多塔结构是综
合体建筑常用的结构形式之一。这类结构体型庞大，动力特性复杂，大多数为超
限高层建筑，其抗震性能研究具有重要意义。动力弹塑性时程分析是研究大底盘
多塔结构抗震性能以及性能化设计的重要方法。因此，开展大底盘多塔结构的动
力弹塑性时程分析研究具有重要意义。本文在如下几个方面进行了研究，取得了
一些有价值的成果：
（1）对结构动力弹塑性分析研究的进展进行了归纳总结，并对结构地震反应
分析方法进行了简要回顾。
（2）以大型通用有限元软件 ABAQUS 为平台，分析了钢筋混凝土结构时程
分析的方法以及难点，包括单元、材料本构模型的选取、钢筋混凝土构件模拟方
法等。对纤维梁单元方向点的确定方法进行了详细探讨，并给出了具体计算公式，
并对该方法的可行性进行了验证。
（3）总结了基于刚度法的钢筋混凝土纤维梁单元的原理，以及在 ABAQUS
中的实现方法，以现行混凝土结构设计规范中提出的本构模型为基础，编制了能
够适用于纤维梁混凝土材料的 VUMAT 用户材料子程序。以地震波激励下的某钢
筋混凝土框架为研究对象，验证了子程序的正确性及本文提出的钢筋混凝土构件
模拟方法的可行性。
（4）以某实际大底盘多塔结构工程为例，介绍了其抗震性能分析方法，包括：
结构超限的判定等、针对结构超限的抗震措施及计算分析、针对框架剪力墙结构
的二道防线分析及内力调整、以及性能化设计在该工程中的应用等内容。
（5）基于 ABAQUS 对该结构进行了动力弹塑性时程分析，并对分析结果（包
括结构位移、位移角、基底剪力等宏观指标，以及剪力墙累积受压损伤，框架柱
的应变等微观指标）进行了讨论。研究结果表明，该结构满足“大震不倒”的抗
震设防要求。
关键词：大底盘多塔结构；罕遇地震；动力弹塑性时程分析；纤维梁单元；
I
Abstract
Abstract
With the development of economy, there are more and more modern city complex
buildings. Big base and multi-tower structure is a popular structural type of the complex
buildings. Huge volume and complex dynamic be