设置屈曲约束支撑结构基于性能的抗震设计方法研究

论文摘要

高层钢框架结构一般情况下抗侧刚度较小,在水平荷载作用下的水平位移较大。这样,若在这类结构的框架柱之间增设普通钢支撑,不仅能够有效地提高结构的抗侧刚度,而且也能提高结构的抗震承载力。但是,普通钢支撑存在着受压时容易屈曲等问题,直接影响着整体结构的抗震性能。因此,为了克服普通钢支撑存在的容易屈曲等不足,在工程中可采用屈曲约束支撑来替代普通钢支撑。经过合理设计,屈曲约束支撑能够在罕遇地震下率先屈服,以保护主体结构不发生破坏,从而保证整体结构的抗震性能。本文首先探讨了屈曲约束支撑的相关理论分析和计算模型,然后采用MIDAs软件,对纯框架结构、普通支撑框架结构、屈曲约束支撑框架结构进行了计算机建模和抗震性能分析,比较了三类框架结构在多遇地震和罕遇地震作用下的主要地震反应特征。结果表明,多遇地震下屈曲约束支撑与普通支撑性能近似,均能够有效地减小结构的水平位移,但在罕遇地震下,屈曲约束支撑表现出很大的优越性,能够耗散大部分地震能量,大大减小结构层间侧移和梁柱构件内力。论文还探讨了屈曲约束支撑框架结构基于位移的抗震设计方法,即以多遇地震下纯框架结构的层间侧移为设计依据,根据目标层间位移确定屈曲约束支撑的面积和数量,再以罕遇地震下结构的能量为条件,验算所设置的屈曲约束支撑能否满足要求。Pushover分析结果表明,屈曲约束支撑框架结构能够较好的满足抗震性能和经济性的要求。此外,论文还对6种不同布置方式的屈曲约束支撑钢框架结构进行了MIDAS建模和相应的抗震性能分析,比较了罕遇地震下各方案的主要地震反应特征,并根据投资-效益准则对结构进行了费用评估,综合考虑性能和造价等因素,选择了最优布置方案,为工程应用提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 工程结构耗能减震控制
• 1.3 屈曲约束支撑的基本构成和工作原理
• 1.3.1 屈曲约束支撑的基本构成
• 1.3.2 屈曲约束支撑的工作原理
• 1.4 屈曲约束支撑的形式和分类
• 1.5 屈曲约束支撑的发展和应用
• 1.5.1 屈曲约束支撑的发展历程
• 1.5.2 屈曲约束支撑的工程应用
• 1.6 本文的研究内容
• 2 屈曲约束支撑的力学模型
• 2.1 屈曲约束支撑滞回曲线模型
• 2.1.1 试验所得屈曲约束支撑滞回曲线模型
• 2.1.2 计算所得屈曲约束支撑滞回曲线模型
• 2.2 屈曲约束支撑的稳定理论
• 2.3 屈曲约束支撑的刚度准则
• 2.4 各种因素对屈曲约束支撑性能的影响
• 2.4.1 屈曲约束支撑间隙的确定
• 2.4.2 屈曲约束支撑等效刚度和集中因子
• 2.5 本章小结
• 3 屈曲约束支撑钢框架抗震性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 纯钢框架计算模型
• 3.2.2 普通支撑框架和屈曲约束支撑框架计算模型
• 3.3 计算结果和分析
• 3.3.1 模态分析
• 3.3.2 多遇地震下的反应谱分析
• 3.3.3 罕遇地震下的时程分析
• 3.4 本章小结
• 4 屈曲约束支撑框架基于位移的抗震设计方法
• 4.1 基于结构性能的抗震思想
• 4.1.1 基于结构性能抗震设计理论的研究内容
• 4.2 PUSHOVER分析方法介绍
• 4.2.1 Pushover分析方法基本原理和步骤
• 4.2.2 MIDAS软件中Pushover分析介绍
• 4.3 结构抗震能力评估
• 4.3.1 能力谱法
• 4.3.2 目标位移法
• 4.4 投资-效益准则
• 4.4.1 基于模糊综合评判方法介绍
• 4.4.2 基于模糊综合评判的结构费用计算
• 4.5 屈曲约束支撑基于结构位移的抗震设计方法
• 4.5.1 设计方法
• 4.5.2 算例
• 4.6 本章小结
• 5 屈曲约束支撑不同布置方式对钢框架抗震性能的影响
• 5.1 概述
• 5.2 计算模型
• 5.3 计算结果
• 5.3.1 模态计算
• 5.3.2 多遇地震下的反应谱计算分析
• 5.3.3 罕遇地震下6种方案时程分析比较
• 5.3.4 6种方案基于投资-效益准则的总费用评估
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文