土木工程硕士论文开题报告

1、叠层橡胶支座-钢筋砼柱串联体系大变形下的稳定性研究 研究方向：结构振动控制 研 究 生： 导 师：硕士研究生开题报告 叠层橡胶支座-钢筋砼柱大变形下稳定性研究的课题意义 针对在有地下室的隔震结构中隔震支座串联于地下室钢筋砼柱顶部，为保证隔震支座-钢筋砼柱串联的系统平安性和可靠性，分别对橡胶支座大变形下的稳定性和钢筋砼柱在橡胶支座大变形下的稳定性的研究，根据橡胶支座和钢筋砼柱的变形协调条件，对整个系统的大变形稳定性进行理论分析、模拟和试验研究，通过理论、模拟和试验相结合的方法得到该系在大震作用下的荷载与变形的变化关系，为隔震结构的设计提供有利的依据，对于其快速开展有着重要的实际意义。叠层橡胶支座

2、-钢筋砼柱串联系统的研究包括叠层橡胶支座稳定性研究地下室悬臂柱稳定性研究隔震建筑形式 国外主要形式 国内主要形式国内的研究现状文献2中周锡元等，最早对叠层橡胶隔震支座的稳定性进行理论分析，用等效均质柱模型比照了临界荷载及水平刚度的不同公式；又对文献4隔震橡胶支座水平刚度系数的实用计算方法进行了研究 ，提出两种简化的表达式，这其中没有考虑p效应。文献3中唐家祥等，对橡胶隔震支座元件进行了较多的理论、试验研究和应用，并在其专著中介绍了橡胶隔震支座的稳定性。国内的研究现状文献5中周福霖等率先针对柱端夹层橡胶支座进行了试验研究，详细地研究了夹层橡胶隔震垫(铅芯与非铅芯)的回转刚性,给出了回转刚性与竖向

3、压力及剪切变形的相关性能。同时还研究了橡胶垫在以恒定或变化回转角度发生剪切变形时的力学性能(含刚度及阻尼性能)的变化规律。试验研究结果说明,在采用柱端隔在采用柱端隔震时,夹层橡胶隔震垫(铅芯与非铅芯)具有可靠的力学性能 国内的研究现状文献6中周锡元等，基于Haringx 和Gent的近似理论, 建立了橡胶支座与RC柱串联系统的力学分析模型, 给出了串联系统中橡胶支座和RC柱各自的水平刚度与临界力计算公式，以及整个串联系统的水平刚度计算公式, 并对参数影响进行了初步分析，探讨了橡胶支座与RC柱或不同截面橡胶支座组合的串联隔震系统的临界荷载。国内的研究现状文献8中张敏政,孟庆利等，基于简化分析和动

4、力实验,讨论了在隔震建筑设计中与叠层橡胶支座稳定性相关的问题。指出应考虑多个因素,合理确定隔震支座的设计竖向承载力和水平变位限值。另外,根据实测结果,指出准静力实验和动力实验对支座参数可能得出的不同估计,以及在水平地震输入下,隔震体系将发生竖向牵连振动。文献9中刘文光、周福霖等详细地研究了夹层橡胶隔震支座的全刚性性能，同时还研究了夹层橡胶隔震支座的回转刚性，并给出了竖向压力及剪切变形对隔震支座回转刚性的影响结果。给出了隔震支座在高压缩应力作用下的丛本力学性能，研究结果显示在竖向压缩压力到达30MPa时，隔震支座仍可具有良好的力学性能 。国内的研究现状文献11中李慧等，对叠层橡胶支座与地下室柱串

5、联体系动力稳定性进行了研究。探讨叠层橡胶支座与柱串联体系动力失稳特性。文献12中杜永峰等，研究了橡胶支座与柱串联系统的动力稳定性分析，得到了半解析解法，并探讨了叠层橡胶支座与柱串联系统的动力稳定性及P-效应失效条件。国外的研究现状国外研究工作主要围绕叠层橡胶支座本身的性能展开。文献13 Haringx于上世纪40年代建立隔震装置的根本模型，Gent、Deham与Thomas等人的基于此模型进行了大量的研究，其采用的是小变形状态下的线弹性模型。上世纪80年代以来，Kelly等人对叠层橡胶支座的稳定性作了较为系统的研究， Kelly和Simo 14合作，较早利用有限元模型研究在轴向力逐渐增大时侧向

6、力位移受力性能的退化趋势。国外的研究现状1986年，Koh 和Kelly16 提出了一种线性形式的非线性模型，探讨了橡胶支座的轴向载荷对水平刚度的影响。80年代末又根据支座试验结果提出了粘弹性的稳定性力学模型17。Stanton和 Roeder18等人对叠层橡胶隔震支座的稳定性进行了试验研究和数值分析，并考虑了支座轴向压缩变形对稳定性的影响。在大震作用时，叠层橡胶支座一般处于大变形的工作状态，呈现较明显的几何非线性性质。国外的研究现状Koh-Kelly19双自由度力学模型较为简明地表达了橡胶支座的主要受力特征，利用该模型分析了在大水平位移作用下隔震支座的稳定性，并能近似表达大变形状态的局部几何

7、非线性特性，简化分析的结果与解析解非常接近，被许多后续研究工作所引用。但Koh-Kelly模型假定在支座在后屈曲状态下仍然是稳定的，因而由此所求得的临界载荷随着水平位移的增大而增大。事实上，支座在后屈曲状态下是不稳定。 国外的研究现状Nagarajaiah等人20根据Koh-Kelly模型提出了改进的非线性解析模型，考虑了位移和转角的大变形，也考虑了支座的剪力和转角刚度的非线性特征，可以预测不同尺寸和形状系数的橡胶支座的非线性和后屈曲行为。将这一模型的计算结果用Buckle所作试验的结果进行了验证，说明改进模型得到的屈曲荷载和水平刚度更加精确。Buckle和Liu21通过相当于大水平位移时的有

8、效柱面积与实际面积之比的一个修正系数折减临界载荷来进行近似计算。国外的研究现状Iizuka22将Koh-Kelly模型的线性弹簧置换为一种有限变形和非线性的弹簧，从而建立了一种宏观力学模型，用来预测橡胶支座的大变形力学行为，并作了试验比照。Tsai和Kelly23探讨了叠层钢板的柔性对橡胶支座屈曲荷载的影响，通过将总变形分解成纯剪切变形和翘曲变形，利用梁理论导出了相应的弯矩和翘曲力矩，推导出了屈曲荷载与板厚之间的三次函数关系。 通过阅读大量国内外文献发现，关于叠层橡胶支座-钢筋砼柱串联体系大变形下的研究很少，因此对这一问题进行研究具有重要的实际意义 ！本文的研究目标研究对象叠层橡胶支座-钢筋砼

9、柱串联体系 大变形下的稳定性主要途径理论推导、数值模拟与实验研究主要思路通过理论推导、数值模拟及实验 方法确定两者之间的变形协调关 系，得到大变形下荷载-变形关系 曲线。本文的研究内容理论推导：利用叠层橡胶支座和钢筋砼柱之间的协调关系，得到荷载-位移关系曲线。试验研究：通过拟静力实验的方法，得到在大变形下叠层橡胶支座-钢筋砼柱的荷载-位移关系曲线。数值模拟：利用ansys模拟叠层橡胶支座-钢筋砼柱在大震作用下变化情况，得到荷载-位移关系曲线。本文的研究内容隔震串联体系 曲线理论推导二阶矩原理有限元分析ansys软件实验研究拟静力实验曲线曲线曲线本课题的创新性国内外许多文献大都是研究单独叠层橡胶支座的稳定性和钢筋砼柱的稳定性。为了满足隔震建筑结构的可靠性和平安性的要求，考虑在竖向压力、弯矩和水平剪力联合作用下叠层橡胶垫的极限承载能力和恢复力，防止叠层橡胶支座-钢筋砼柱的大震作用下失稳，本文考虑大变形，引入二阶矩，利用隔震橡胶支座-钢筋砼柱在大震作用下变形协调得到更为精确的荷载-变形曲线。 拟解决的关键性问题考虑 效应，推导出叠层橡胶支座-钢筋砼柱串联体系的荷载-位移曲线。 利用ansys分析，得到大变形下叠层橡胶支座-钢筋砼柱串联体系的应力-应变曲线、荷载-位移曲线。通过实验研究，得到大变形下该叠层橡胶支座-钢筋