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大震作用下带拱式转换层高层结构动力弹塑性分析
摘要：
本文针对带拱式转换层高层结构，在考虑地震荷载作用下，进行动力弹塑性分析，以评估结构的地震抗震能力。首先，基于一般情况下采用的一维弹塑性分析方法，建立了三维有限元模型，并结合了超限荷载及其效应。然后，以某高层住宅楼为例，进行了地震动场及结构响应分析，得到了该结构在不同地震动强度作用下的工作性能及极限破坏承载能力，为设计和改进建筑结构提供了科学依据。
关键词：地震、带拱式转换层、高层结构、动力弹塑性分析、有限元模型
引言：
随着城市化进程的加快，高层建筑的数目不断增加，其地震抗震能力的安全性及可靠性也成为社会关注的焦点。而带拱式转换层的高层建筑，由于其结构形态及特点，更加容易受到地震荷载的影响，因此在建筑设计中，必须充分考虑地震作用的影响，以确保结构的安全性和可靠性。
本文主要针对带拱式转换层高层结构，考虑地震荷载作用下的动力弹塑性分析。首先，分析了带拱式转换层高层结构在地震荷载下的特点和问题。然后，通过有限元模型建立了三维模型，考虑了超限荷载及其效应。最后，以某高层住宅楼为例，进行了地震动场及结构响应分析，并得到了该结构在不同地震动强度下的工作性能及极限破坏承载能力。对于结构抗震性能的评估和设计具有一定的参考意义。
1.带拱式转换层高层结构的特点和问题
带拱式转换层是指在高层建筑结构体系中，设置一层或多层具有较大刚度和耗能力的结构层，作为结构体系转换的节点，起到减震和消能的作用。因此，其所处的位置以及转换的刚度及耗能性能都是对结构体系影响较大的关键因素。
带拱式转换层高层结构在遭受地震荷载的作用下，主要存在以下几个问题：
1)结构体系非线性较强：由于转换层的存在，使得整个结构体系呈现出非线性变形和破坏特征，结构计算分析难度大，对分析软件的要求较高。
2)转换层的存在对地震响应影响较大：转换层的设置具有转换振动模态的作用，使得结构体系的自振周期受到了影响，对结构的地震响应和抗震性能有一定的影响。
3)转换层节点易发生破坏：由于转换层处于结构体系的转换节点位置，地震荷载易在此处聚集，加之转换层间隔较小，易导致转换层节点处发生破坏，对结构安全性构成威胁。
2.动力弹塑性分析方法
针对带拱式转换层高层结构，考虑地震荷载下的评估方法，本文采用一维弹塑性分析模型，并结合了三维有限元模型进行分析。具体方法如下：
1)一维弹塑性分析模型
一维弹塑性分析模型是在地震极限状态下，以形变线为基础，建立塑形的流动单元和刚性的嵌入单元，并利用单元刚度不变性的方法进行系数填充。采用杆系模型来描述结构刚度和内力，使得结构变形分析具有极强的可靠性和实用性。
在一维弹塑性分析模型的基础上，根据结构体系的特点，引入有限元分析方法，以考虑地震荷载对结构的影响。
2)三维有限元模型
在建立了一维弹塑性分析模型之后，本文引入了三维有限元模型，以更加真实地描述结构体系的变形和刚度变化。特别地，考虑到实际工程中常见的超限荷载影响，采用了增量-迭代和增量-迭代-切线杆（AT-K）算法，增强了模型的适用性和精度。
总之，采用一维弹塑性分析模型和三维有限元模型相结合的分析方法，能够在考虑地震荷载作用下，更加准确地评估带拱式转换层高层结构的地震抗震能力。
3.基于有限元模型的结构响应分析
为了了解带拱式转换层高层结构在地震荷载下的响应特点和抗震性能，本文以某高层住宅楼为例，进行了有限元模型分析。
具体分析流程如下：
1)建立有限元模型
根据实际工程情况，建立了包括转换层在内的三维有限元模型，并进行材料和节点划分，设置边界约束和加载边界条件。
2)地震动场分析
利用有限元模型分析软件，对选定地震动场进行分析，并确定初始位移和初始速度，以考虑地震荷载对结构体系的作用。
3)结构响应分析
在确定地震动场后，通过有限元模型分析软件，对结构体系进行动力弹塑性分析，并得到了该结构在不同地震动强度作用下的工作性能及极限破坏承载能力。
4)结果分析和总结
通过对分析结果的分析和比较，得到了该带拱式转换层高层结构在地震荷载作用下的响应特点和抗震性能，并在此基础上提出了一些建议和改进措施，以提高结构的地震抗震能力。
结论：
本文针对带拱式转换层高层结构进行了地震荷载作用下的动力弹塑性分析，以评估结构的地震抗震能力。通过建立三维有限元模型和一维弹塑性分析模型相结合的分析方法，得到了该结构在不同地震动强度下的工作性能及极限破坏承载能力，并为设计和改进建筑结构提供了一定的科学依据。同时，本文还从结构体系、材料选择、节点设置等方面提出了建议和改进措施，以加强结构的地震抗震能力。