改进型混合式交错桁架钢结构体系抗震性能及破坏机理研究

论文摘要

混合式交错桁架结构体系有较高的抗侧刚度和承载能力，因而具有良好的经济性能，同时在建筑布置上灵活多样，因而在结构工程领域得到广泛关注。但已有研究表明这种结构体系底部刚度较弱，易形成薄弱层而不利于抗震，鉴于此，本文提出增强底层刚度的改进型混合式交错桁架结构体系，并对其抗震性能和破坏机理进行研究。研究内容包括：（1）试验研究。依据现有规范，设计了1:3比例改进型混合式交错桁架钢结构试件，进行了低周往复加载试验，得到了结构顶层侧移与基底剪力之间的滞回曲线和骨架曲线，研究了循环荷载下结构的抗侧刚度、承载能力、耗能能力、延性变形、承载力与刚度退化能力以及结构的破坏机制。试验结果表明，结构的整体滞回曲线呈饱满的“梭形”，耗能能力较好，具有良好的变形能力、较高的抗侧刚度和水平极限承载力。桁架斜腹杆的破坏大幅度降低了结构体系的抗侧刚度，使得交错桁架的承载力发生突降，需要对斜腹杆的非弹性变形能力进行严格要求。改进型交错桁架结构的薄弱层发生在结构中部，改善了传统交错桁架结构底部抗侧刚度不足的弱点，达到了改进的目的。（2）改进型结构形式整体性能参数分析。首先建立了改进型交错桁架的试件的有限元模型，对比分析了数值模拟结果与试验结果的破坏模式、承载力、刚度退化规律以及整体变形规律，验证了有限元模型的有效性；然后进行了改进型结构体系系统的参数分析。主要考虑了桁架跨度、桁架高度、桁架中间节间尺寸、桁架节间数等5个参数对改进型结构形式抗震性能的影响规律。（3）基于试验和有限元分析结果，提出了改进型交错桁架结构体系的抗震设计建议，包括桁架斜腹杆宽厚比值、桁架合理跨度和高度取值等方面的建议，供工程设计参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 交错桁架结构特点
• 1.2.1 交错桁架结构组成
• 1.2.2 结构受力特性
• 1.2.3 工程应用背景
• 1.3 交错桁架结构研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 结构抗震理论研究
• 1.5 本文研究意义及内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 参考文献
• 2 改进型混合式交错桁架结构滞回试验研究
• 2.1 试件设计
• 2.1.1 原型结构
• 2.1.2 试件相似比确定
• 2.1.3 荷载设计值
• 2.1.4 试件设计
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验数据测量
• 2.2.2 加载方案
• 2.3 材性试验
• 2.4 试验过程及破坏机理分析
• 2.4.1 试验过程
• 2.4.2 破坏机理分析
• 2.5 试验数据分析
• 2.5.1 滞回曲线
• 2.5.2 骨架曲线
• 2.5.3 结构刚度及强度退化
• 2.5.4 延性及变形能力
• 2.5.5 耗能分析
• 2.5.6 应变分析
• 2.6 小结
• 参考文献
• 3 改进型交错桁架结构与空腹、混合式结构整体性能比较
• 3.1 结构形式比较
• 3.2 滞回曲线对比
• 3.3 骨架曲线对比
• 3.4 刚度及强度退化对比
• 3.5 结构变形和耗能对比
• 3.6 破坏机制对比
• 3.7 结构抗震承载力对比
• 3.8 小结
• 参考文献
• 4 改进型交错桁架结构体系滞回性能分析
• 4.1 单元类型选择
• 4.2 有限元模型建立
• 4.3 有限元模型验证
• 4.4 分析模型设计
• 4.4.1 原型结构布置
• 4.4.2 模型尺寸
• 4.5 改进型交错桁架结构体系计算结果分析
• 4.5.1 GB 模型
• 4.5.2 GKD 系列模型
• 4.5.3 GJJ 系列模型
• 4.5.4 GCG 系列模型
• 4.5.5 GJZ 系列模型
• 4.5.6 GPS 系列模型
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后继工作
• 致谢