设置了软钢耗能的钢桁架连梁的抗震性能研究

论文摘要

极低屈服点钢材的屈服点很低,屈服应变仅仅为普通钢材的1/2.5,变形能力约为2倍。极低屈服点钢材在焊接性能、抗火性能、施工方法、加工工艺以及耐久性等方面与普通的结构用钢具有相类似的特点,因此与普通钢材的兼容性较好。本文首次提出了在钢连梁中设置低屈服点钢材杆件,以提高连梁的延性,继而利用ANSYS有限元软件对设置了低屈服点钢材的钢桁架连梁和仅设置普通钢材的钢桁架连梁的抗震性能进行分析研究,并对两种不同形式的连梁—K型钢桁架连梁和纯交叉式钢桁架连梁的抗震性能进行分析比较,探索设置低屈服点钢杆件的钢连梁的合理形式。本文首先对8个钢桁架连梁试件进行水平向单调荷载作用下和低周反复荷载作用下的非线性有限元分析。了解了各试件的受力和变形特点,并得到了单调荷载作用下的荷载—位移曲线,低周反复荷载作用下的荷载—位移滞回曲线。结果表明,两种形式的钢桁架连梁的变形均匀,桁架单元轴力的大小和方向呈反对称分布,受力均匀,传力明确;钢桁架连梁主要依靠斜腹杆的塑性变形来消耗能量。设置了低屈服点钢材的钢桁架连梁的延性、耗能能力和塑性变形能力比仅设置普通钢材的钢桁架连梁有了极大的提高。本文还对设置了不同的钢桁架连梁的框架—核心简体结构进行了水平地震作用下的弹塑性动力时程分析,考查设置了低屈服点钢材的钢桁架连梁在强震作用下对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,各楼层钢桁架连梁的受力比较均匀,设置了软钢桁架连梁的结构能有效增加结构的延性,在相对比较小的地震作用时就能产生塑性变形耗能。综合所有分析结果,纯交叉式钢桁架连梁与K型钢桁架连梁具有良好的抗震性能,且两者的抗震性能相差不大。所进行的探索性的理论分析,已达到了为今后进行试验研究奠定基础的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高层建筑结构中剪力墙的工作特点
• 1.2 连梁的受力、变形特点
• 1.3 剪力墙在水平荷载作用下的破坏形态
• 1.3.1 联肢墙的脆性破坏
• 1.3.2 联肢墙的延性破坏
• 1.4 连梁研究的现状及发展
• 1.4.1 普通配筋连梁
• 1.4.2 斜向交叉暗柱式配筋连梁
• 1.4.3 沿对角线方向配置斜交叉钢筋的连梁
• 1.4.4 菱形配筋连梁
• 1.4.5 设置全通缝的钢筋混凝土连梁
• 1.4.6 带缝槽钢筋混凝土连梁
• 1.4.7 劲性钢筋混凝土连梁
• 1.4.8 刚性连梁
• 1.4.9 混合联肢墙结构体系
• 1.4.10 剪力墙钢组合桁架连梁
• 1.4.11 其他形式的连梁
• 1.5 极低屈服点钢材
• 1.6 本文的主要研究工作
• 第二章 纯交叉式软钢桁架连梁的非线性有限元分析
• 2.1 利用ANSYS程序的一些基本理论
• 2.11 塑性理论
• 2.12 非线性问题
• 2.2 钢材材料性质
• 2.2.1 钢筋的本构关系
• 2.2.2 型钢的本构关系
• 2.2.3 低屈服点钢材的本构关系
• 2.3 钢筋混凝土有限元模拟
• 2.4 单元类型的选取
• 2.4.1 SOLID65—混凝土单元
• 2.4.2 LINK1—2-D杆单元
• 2.4.3 BEAM3—二维弹性梁单元
• 2.5 SCB-1系列试件单调加载模拟
• 2.5.1 SCB-1系列试件设计
• 2.5.2 边界条件及加载求解控制
• 2.5.3 SCB-1系列试件的轴力分析
• 2.5.4 SCB-1系列试件的应力析
• 2.5.5 SCB-1系列试件的变形分析
• 2.5.6 SCB-1系列试件的强度分析和延性分析
• 2.6 SCB-1系列试件低周反复加载模拟
• 2.6.1 加载制度
• 2.6.2 滞回曲线特征
• 2.6.3 耗能能力
• 2.7 本章小结
• 第三章 K型软钢桁架连梁的非线性有限元分析
• 3.1 SCB-2系列试件单调加载模拟
• 3.1.1 SCB-2系列试件设计
• 3.1.2 边界条件及加载求解控制
• 3.1.3 SCB2系列试件的轴力分析
• 3.1.4 SCB-2系列试件的应力分析
• 3.1.5 SCB-2系列试件的变形分析
• 3.1.6 SCB2系列试件的强度分析和延性分析
• 3.2 SCB-2系列试件低周反复加载模拟
• 3.2.1 加载制度
• 3.2.2 滞回曲线特征
• 3.2.3 耗能能力
• 3.3 SCB-1与SCB-2试件分析结果对比
• 3.3.1 变形和延性对比
• 3.3.2 耗能对比
• 3.4 本章小结
• 第四章 纯交叉式软钢桁架连梁结构地震反应弹塑性时程分析
• 4.1 混凝土的材料性质
• 4.1.1 混凝土破坏准则
• 4.1.2 混凝土的本构关系
• 4.2 时程分析法
• 4.2.1 基本方程
• 4.2.2 现有结构应分析模型及计算方法
• 4.3 数值算例
• 4.3.1 分析资料
• 4.3.2 分析结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 K型软钢桁架连梁结构地震反应弹塑性时程分析
• 5.1 数值算例
• 5.1.1 分析资料
• 5.1.2 分析结果
• 5.2 TSCB-1与TSCB-2结构分析结果对比
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢