论文题目：工业建筑钢结构地震反应分析关键问题研究
摘要：如何处理结构与设备之间的动力相互作用和非经典阻尼,以及有限元建模中是否考虑节点域的行为是工业建筑钢结构地震反应分析中的两个关键问题。本文通过对集中质量-剪切弹簧模型的参数分析以及典型工业建筑钢结构的有限元分析,对这两个问题进行了研究,主要工作及结论如下:（1）基于MATLAB建立了单、多层结构-设备系统的集中质量-剪切弹簧模型,并分别采用附加质量法、实模态强迫解耦振型分解反应谱法两种近似方法和复模态振型分解反应谱法计算了主结构的位移响应,研究了两种近似方法的计算误差及其主要影响因素。结果表明,两种近似方法的误差主要受设备-结构频率比γf、质量比γm以及设备与结构阻尼比差异的影响。场地特征周期,主结构层数以及设备所在楼层也会影响两种近似方法的误差,但不影响其适用范围的确定。（2）根据上述分析结果,针对常用设备-结构频率比、质量比以及设备阻尼比计算了工业建筑钢结构中两种近似方法的适用范围。结果表明,附加质量法仅在设备-结构质量比较小（γm≤1%）的情况下适用,且设备与结构谐振时（0.9≤γf≤1.1）,需要满足更严格的质量比要求（γm≤0.04%）;实模态振型分解反应谱法仅在设备与结构谐振（0.9≤γf≤1.1）且质量比较小（γm＜7%）的情况下会产生超过10%的误差,其他情况均可适用。对于两种方法均不适用的工况,需采用复模态振型分解反应谱法得到精确结果。最后,基于PMSAP建立了典型工业建筑钢结构的有限元模型,验证了两种近似方法的适用范围。（3）基于Open Sees建立了典型工业建筑钢结构考虑和不考虑框架节点域的有限元模型,该钢结构按中国规范设计。分别采用振型分解反应谱法、静力弹塑性分析方法以及时程分析方法对该工业建筑结构的地震反应进行了计算,结果表明:小震下是否考虑节点域对结构动力特性和地震响应的影响在5%以内;大震及超大震下,是否考虑节点域将影响塑性铰的出现位置及塑性铰的发展,导致有无节点域模型之间的位移响应差异达到10%以上。
关键词：工业建筑钢结构;地震反应分析;结构-设备动力相互作用;非经典阻尼;节点域
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 工业建筑非经典阻尼系统反应谱法研究
1.2.2 工业建筑地震响应分析节点域影响研究
1.2.3 研究现状小结
1.3 研究内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
第2章 实模态法误差分析
2.1 实模态法与复模态法介绍
2.2 单层工业建筑结构-设备耦联系统误差分析
2.2.1 模态响应分析
2.2.2 地震响应分析
2.3 多层工业建筑结构-设备耦联系统误差分析
2.3.1 设备-结构频率比影响
2.3.2 设备-结构质量比影响研究
2.3.3 设备放置楼层影响研究
2.4 本章小结
第3章 附加质量法误差分析
3.1 单层工业建筑结构-设备系统误差分析
3.1.1 模态响应分析
3.1.2 地震响应分析
3.2 多层工业建筑结构-设备系统误差分析
3.2.1 设备-结构频率比影响研究
3.2.2 设备-结构质量比影响研究
3.2.3 设备放置楼层影响研究
3.3 本章小结
第4章 工业建筑中附加质量法及实模态法适用范围
4.1 钢结构工业建筑实模态法适用范围
4.2 钢结构工业建筑附加质量法适用范围
4.3 典型工业建筑有限元模型验证
4.4 本章小结
第5章 工业建筑地震反应分析中节点域的影响
5.1 典型工业建筑模型及设计参数
5.2 中日美规范下节点域验算
5.2.1 节点域局部稳定验算
5.2.2 节点域抗剪承载力验算
5.3 小震弹性阶段框架节点域影响研究
5.3.1 反应谱法分析结果
5.3.2 静力弹塑性分析结果
5.3.3 时程分析结果
5.4 大震及超大震阶段节点域影响研究
5.4.1 静力弹塑性分析结果
5.4.2 时程分析结果
5.5 节点域影响机理分析
5.6 节点域重新设计分析
5.7 本章小结
第6章 主要结论与展望
6.1 主要工作及结论
6.2 工作展望
参考文献
致谢
指导教师学术评语
联合指导教师学术评语
答辩委员会决议书