多层薄柔钢框架的抗震设计

论文摘要

薄柔截面由于其较为开展、可以在截面面积一定时具有较厚实截面更大的抗弯承载能力和更好的整体稳定性从而具有良好的经济性。本文所研究的对象薄柔钢框架即应用薄柔H型截面作为框架的梁柱截面。薄柔钢框架带来良好经济性的同时也带来了下列问题：由于板件宽厚比大，受力大的构件部位易出现局部屈曲而无法形成塑性铰。对结构而言，局部屈曲导致结构延性差、屈服承载力下降从而耗能能力弱等特点。由于这些特点，薄柔钢框架被我国现行抗震规范排除在外：认为抗震设防区不适宜使用这类钢框架。 随着近几年低多层钢结构住宅的推广，薄柔钢框架由于轻质高强较多地被应用在此类建筑上。然而，现行抗震规范的规定给这类框架的应用带来了很多限制；同时，这类框架自身的弱点也威胁到了结构的安全性能。为确保这类框架在抗震区使用的安全性，对这类框架的抗震性能进行分析、提出这类框架的抗震设计方法是非常必要和紧迫的。本文研究就是对这个问题的探讨。 本文先从薄柔截面的分析开始。首先，根据截面局部屈曲的特性，定义了屈曲铰概念。为了在更大范围内进行研究，将塑性铰归类到屈曲铰的一个类别；统一称为屈曲铰。应用弹塑性静力分析程序JULIET对五百多个构件进行了分析，每个构件得到一条弯矩-转角曲线。基于对众多弯矩．转角曲线的分析，将曲线根据截面参数（板件宽厚比、截面轴压比）进行分类并给出每一类曲线的拟合公式。分析用程序的可靠性通过构件试验结果和商业有限元软件分析结果进行了验证。拟合公式的准确性也利用分析值进行了验证。最后编制了计算构件屈曲铰弯矩．转角曲线的程序，以方便后来薄柔钢框架分析时使用。 随后对薄柔钢框架进行了试验研究。为了尽量接近实际受力情况和实际边界条件，试验框架为两榀空间足尺二层钢框架。竖向荷载通过千斤顶加至柱顶、一步加到位后保持整个试验过程中值不变；后通过电液伺服试验加载器施加循环往复逐级递增的水平荷载于边柱柱顶边。在结构顶端侧移接近1／50结构高度时，结构出现严重破坏，加载停止，试验结束。接着对试验框架的破坏模式、梁柱连接节点区的刚性、结构的整体性能进行了分析。节点区刚性的分析结果为建立试验模型时节点刚性简化提供了依据。整体结构的试验数据为验证推覆分析方法的有效性提供了数据，还为以后薄柔钢框架强度折减系数简化计算公

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 结构抗震设计理论的发展
• 1.1.1 地震的危害
• 1.1.2 基于承载力设计方法
• 1.1.3 基于承载力和构造保证延性设计方法
• 1.1.4 基于性能的抗震设计方法
• 1.2 薄柔截面、薄柔构件和薄柔钢框架
• 1.2.1 薄柔截面
• 1.2.2 薄柔构件和薄柔钢框架
• 1.2.3 薄柔钢框架的特点
• 1.3 国内外研究现状及最新进展评述
• 1.3.1 性能设计方面
• 1.3.2 薄柔构件和薄柔钢框架方面
• 1.3.3 钢框架的延性及塑性分析方面
• 1.3.4 薄柔钢框架抗震性能的试验分析方面
• 1.3.5 前人研究的不足
• 1.4 本课题的工程背景与研究意义
• 1.4.1 工程背景
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 本文研究工作
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 论文结构
• 第二章 薄柔H型钢构件屈曲铰弯矩-转角曲线分析
• 2.1 引言
• 2.2 分析用工具—弹塑性静力分析程序JULIET
• 2.2.1 JULIET程序计算的屈曲铰弯矩-转角曲线和试验相应曲线比较
• 2.2.2 JULIET程序计算的屈曲铰弯矩-转角曲线和ANSYS相应曲线比较
• 2.3 构件屈曲铰弯矩-转角曲线分析
• 2.3.1 截面参数选取
• 2.3.2 结构计算模型
• 2.3.3 弯矩-转角曲线的无量纲化
• 2.3.4 弯矩-转角曲线的分类
• 2.3.5 弯矩-转角曲线特征值的拟合公式
• 2.3.6 拟合得曲线与JULIET计算得相应曲线比较
• 2.3.7 计算弯矩-转角曲线的程序编制
• 2.4 本章小结
• 第三章 薄柔钢框架的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验目的
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 试件概况
• 3.3.2 构件截面
• 3.3.3 加载方案
• 3.3.4 测试方案
• 3.4 钢材材性数据
• 3.5 试验数据可信度的验证
• 3.5.1 柱剪力和与所施加水平荷载的平均值的比较
• 3.5.2 柱中试验弯矩与计算弯矩的比较（弹性阶段）
• 3.5.3 梁中试验弯矩与计算弯矩的比较（弹性阶段）
• 3.6 试验现象
• 3.6.1 框架1
• 3.6.2 框架2
• 3.7 连接刚性分析
• 3.7.1 梁柱节点
• 3.7.2 节点域
• 3.8 结构整体性能分析
• 3.8.1 结构弹性曲线
• 3.8.2 结构弹塑性曲线
• 3.8.3 试验包络曲线与推覆分析曲线的比较
• 3.9 本章小结
• 第四章 薄柔钢框架强度折减系数分析
• 4.1 引言
• 4.2 薄柔钢框架强度折减系数
• 4.2.1 厚实结构强度折减系数
• 4.2.2 薄柔结构强度折减系数
• 4.3 分析钢框架的参数
• 4.3.1 结构参数
• 4.3.2 梁柱截面
• 4.4 推覆分析介绍
• 4.4.1 铰的设置
• 4.4.2 竖向荷载的施加
• 4.4.3 水平荷载模式
• 4.4.4 其他
• 4.5 薄柔钢框架强度折减系数的分析
• 4.5.1 屈服强度、屈服位移和极限位移的确定
• 4.5.2 对强度折减系数影响明显的结构参数
• 4.5.3 钢框架的梁柱截面
• 4.5.4 钢框架推覆分析
• 4.5.5 简化公式
• 4.5.6 强度折减系数的近似取值
• 4.6 试验结构强度折减系数的分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 薄柔钢框架的抗震设计
• 5.1 引言
• 5.2 薄柔钢框架截面抗震验算及抗震设计流程
• 5.2.1 薄柔钢框架截面抗震验算
• 5.2.2 抗震设计流程
• 5.3 算例一
• 5.3.1 荷载
• 5.3.2 初选截面
• 5.3.3 强度折减系数的确定
• 5.3.4 地震力调整系数的确定
• 5.3.5 设计地震力的确定
• 5.3.6 地震作用组合下的截面强度验算
• 5.3.7 重新确定截面
• 5.4 算例二
• 5.4.1 荷载
• 5.4.2 初选截面
• 5.4.3 强度折减系数的确定
• 5.4.4 地震力调整系数的确定
• 5.4.5 设计地震力的确定
• 5.4.6 地震作用组合下的强度验算
• 5.4.7 变形验算
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录 JULIET程序中塑性段轴向弹簧的计算模型
• F.1 翼缘弹簧
• F.2 腹板弹簧
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果