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结构地震反应分析包括弹性地震反应分析和弹塑性地震反应分析。弹性地震反应分析已经发展的比较成熟,在模型简化合理的前提下,能够可靠的模拟任意复杂结构的弹性反应。经过科研工作者的努力,弹塑性地震反应分析方法能够对简单二维结构提供可靠的分析。但三维结构的弹塑性地震反应分析问题仍然没有得以解决,仍然是目前研究的热点。
目前,大型结构弹塑性分析软件分为两类,即通用有限元分析软件和专用结构分析软件。前者以Abaqus、Msc.Marc、Ansys等为代表,后者包括Opensees、Perform-3D、Canny等。通用有限元软件采用非线性有限元模型和求解策略,实际结构分析有一定的问题和诸多不便。专用结构分析软件能够较为实际的模拟结构反应,但是前后处理存在薄弱环节。
本文研究内容如下:
(1)研究结构弹塑性分析模型。探讨Opensees中纤维模型的研究及应用,包括刚度法纤维模型及柔度法纤维模型;研究Canny弹塑性分析模型的计算原理及其适用范围;对比分析各剪力墙模型的优缺点,包括三垂直杆元模型,多垂直杆元模型,基于扩展铁木辛柯分层梁单元的剪力墙模型等。
(2)鉴于Canny2007前处理环节较为薄弱的不足,本文详细研究有限元前后处理软件GID的特点及其应用,并且编制接口程序GID-Canny2007,实现GID与Canny2007的连接。该接口能够大大方便建模过程及数据输入,在一定程度上弥补了Canny2007前处理不足的缺陷,使该弹塑性分析软件适用性进一步增强。
(3)本文采用接口程序GID-Canny2007和计算程序Canny2007对汶川地震中破坏严重的都江堰某带半夹层框架结构进行了弹塑性地震反应分析。分析表明最大层间位移角出现在夹层与其上部楼层之间,破坏严重,与震害调查结果一致。通过对有,无夹层的结构地震反应分析结果对比,表明这种带半夹层的框架结构抗震性能较差,不适合建于地震区。