摩擦耗能交错桁架结构体系的试验研究及理论分析

论文摘要

交错桁架结构体系具有经济、实用、高效的优点,近几年来引起国内外工程界和学术界的广泛关注。但是,交错桁架结构体系的延性和耗能性能较差,制约了其在地震区的应用。将摩擦耗能器设置在交错桁架结构体系的斜腹杆上,形成摩擦耗能交错桁架结构体系,通过摩擦耗能器吸收和耗散地震能量,保护整个结构免遭破坏,从而可以在很大程度上提高交错桁架结构体系的抗震性能。为了研究摩擦耗能交错桁架结构体系的性能,并同普通交错桁架结构体系进行比较,本文首先从两种结构体系中各取出一榀桁架,通过模拟桁架在整体结构中的受力状态进行其在循环荷载作用下的试验研究。根据试验数据,得到两个试件的滞回曲线、骨架曲线,并进一步分析了两个试件的延性、刚度、强度等性能。试验结果表明:普通桁架在水平荷载作用下,刚度较大,但最终因为斜腹杆反复屈曲后的断裂而破环,结构的延性与耗能能力较差。摩擦耗能桁架在摩擦耗能器滑移前,抗侧刚度基本与普通桁架一致。在摩擦耗能器滑移后,结构刚度减低,发生内力重分配,斜腹杆承受的轴力基本不变,荷载增量主要由竖腹杆、弦杆、柱来承担;与普通桁架相比,摩擦耗能桁架在承载力不降低的情况下,延性、耗能能力均大幅度提高。随后本文运用SAP2000对两个试件进行Pushover分析,得到两个试件在单调荷载作用下塑性铰的出现顺序、荷载—位移曲线。分析结果得到试验验证后,分别对普通交错桁架结构体系和摩擦耗能交错桁架结构体系进行Pushover分析,比较二者破坏模式、抗震性能上的差异。分析结果表明:普通交错桁架结构体系在二三层腹杆破坏后,刚度和承载力迅速降低,结构的延性较差。摩擦耗能交错桁架结构体系因在二三层的斜腹杆设置有摩擦耗能器,避免或延缓结构的破坏,抗震性能远远优于普通交错桁架结构体系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 交错桁架结构体系的结构特点和研究进展
• 1.2.1 交错桁架结构体系的结构特点
• 1.2.2 交错桁架结构体系的研究进展
• 1.3 耗能减震结构概述
• 1.3.1 耗能减震结构的概念与原理
• 1.3.2 耗能减震结构的研究与应用
• 1.4 目前研究存在的问题
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 摩擦耗能交错桁架结构的试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试件设计
• 2.2.1 设计概述
• 2.2.2 桁架在交错桁架结构中受力状态的模拟
• 2.2.3 摩擦耗能器的设计
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 试验加载制度
• 2.2.3 试验测点布置
• 2.3 材性试验
• 2.4 试验过程和试验现象
• 2.4.1 试件1 普通桁架
• 2.4.2 试件2 摩擦耗能桁架
• 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 延性
• 2.5.4 耗能能力
• 2.5.5 刚度
• 2.5.6 强度降低
• 2.6 试验小结
• 第三章 PUSHOVER 分析方法及程序验证
• 3.1 引言
• 3.2 PUSHOVER 分析方法简介
• 3.2.1 Pushover 分析方法概述
• 3.2.2 Pushover 分析方法的原理
• 3.2.3 Pushover 分析方法的实施步骤
• 3.2.4 能力谱法
• 3.3 SAP2000 在PUSHOVER 分析中的应用
• 3.3.1 SAP2000 概述
• 3.3.2 塑性铰的定义
• 3.3.3 摩擦耗能器在 SAP2000 中的实现
• 3.4 程序验证
• 3.4.1 试件有限元模型的建立
• 3.4.2 分析选项设置
• 3.4.3 分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 摩擦耗能交错桁架结构体系的 PUSHOVER 分析
• 4.1 结构设计
• 4.1.1 设计概况
• 4.1.2 模型 STFS1 的设计
• 4.1.3 模型 STFS1 中腹杆内力计算
• 4.1.4 模型 STFS2 的设计
• 4.2 PUSHOVER 分析过程
• 4.2.1 建立分析模型
• 4.2.2 选择侧向荷载的分布模式
• 4.2.3 运行Pushover 分析工况
• 4.2.4 确定性能点
• 4.3 PUSHOVER 分析结果
• 4.3.1 模型STFS1
• 4.3.2 模型STFS2
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历