《复杂建筑结构弹塑性分析技术研究与应用》

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主要技术内容:该课题从材料的本构关系模型出发,并基于ABAQUS软件平台,二次开发了适用于弹塑性分析的混凝土材料塑性损伤本构关系模型的用户材料子程序,研究了复杂建筑结构中构件、节点、整体结构的弹塑性分析技术,分析结果得到了试验结果的验证,并将研究成果应用到实际工程中,形成了从构件、节点到整体结构弹塑性分析的成套技术。

知识产权情况:通过该课题的研究成果,共获得了1项发明专利、12项实用新型专利以及1项计算机软件著作。

技术经济指标:1、选择了适合建筑结构弹塑性分析的钢材(钢筋)和混凝土的本构关系模型,并基于能量损失原理,获得了混凝土塑性损伤模型中受压损伤因子和受拉损伤因子的计算方法;2、基于ABAQUS软件二次开发平台,开发了适用于弹塑性分析的混凝土材料塑性损伤本构关系模型的用户材料子程序,子程序的计算结果得到试验结果的验证;3、基于Basic语言,开发了三维整体结构弹塑性分析前处理软件SAT2M,可方便将工程中常用的SATWE模型转换为弹塑性分析ABAQUS模型,计算结果得到了验证,大大提高了整体结构弹塑性分析的工作效率;4、采用该课题研究成果,对典型构件、节点(钢管混凝土构件、型钢混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合柱构件、钢筋混凝土剪力墙、矩形钢管混凝土T型节点)以及方钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒振动台试验数据进行了验证,计算结果与试验结果吻合较好。说明可以用数值地震模拟代替了结构振动台试验,从而节省振动台试验费用;5、建立了典型超高层框架(钢框架、钢筋混凝土框架、钢管混凝土框架)-核心筒建筑结构的精细弹塑性分析模型,对其进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板损伤发展过程、基底剪力时程曲线、顶点位移时程曲线和楼层位移角包络曲线以及地震作用下结构的能量反应规律,较为清晰地揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的弹塑性工作性能。

应用推广及效益情况:利用该项目科研成果,可对复杂建筑结构在强震作用下的弹塑响应给出定量的解答。2013年~2016年之间,完成单位(深圳市市政设计研究院有限公司)依托该项目的研究成果先后为国内2个大型建筑结构工程的设计、咨询与施工提供了技术服务,累计新签服务合同额3423.16万元。此外,该成果已成功应用到厦门市海峡交流中心二期B地块2号塔楼(2010年~2014年),湛江万达广场(西区)项目(2013年~2015年)和长沙市钱隆金融中心(2015年~2017年)的工程设计中。这3栋复杂高层或超高层建筑结构均应用了该课题的研究成果对整体结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并在分析成果的基础上对结构布置进行了优化调整,顺利通过了专家超限审查,用数值地震模拟代替了结构振动台试验,节省了振动台试验费用,缩短了设计周期,为应用单位节约投资共约6400万元。

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