带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能试验研究及设计方法初探

论文摘要

为满足高层建筑多功能的需要，采用带转换结构的高层建筑日益增多，己成为现代高层建筑发展趋势之-。但是，转换层结构容易在转换层处形成变形集中和能量集聚，致使转换结构在地震中发生破坏。针对转换结构抗震性能差的问题，课题组提出带耗能腋撑型钢混凝土转换结构，本文通过低周反复试验方法研究带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构的抗震性能，采用数值分析方法研究不同设计参数对该新型转换结构性能的影响作用，建立-套带耗能腋撑转换结构基于延性的设计方法。本论文主要研究内容与结论如下：（1）对普通型钢混凝土梁转换结构试件、腋撑加固型钢混凝土梁转换结构试件和带腋撑型钢混凝土梁转换结构试件进行低周反复试验。分别从破坏形式、荷载-位移曲线、材料应变、结构延性、强度退化、刚度退化、耗能能力等方面对比研究三类试件的抗震性能。试验结果表明，在转换结构中设置耗能腋撑，有效地控制梁端裂缝的发展，延缓和控制了转换梁端和钢管柱顶塑性铰的产生和发展，提高了结构的刚度、强度、延性和耗能能力，减缓了结构的强度退化。验证了采用耗能腋撑对转换结构进行加固以及通过设置耗能腋撑改善转换结构抗震性能的有效性。（2）在试验研究的基础上，采用数值模拟分析方法研究不同框架柱轴压比、转换梁托柱轴压比、腋撑布置位置、腋梁刚度比Kh’、梁柱线刚度比Kb’：等对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能的影响。分析结果表明，在框架柱轴压比和转换梁托柱轴压比较大的型钢混凝土梁转换结构中设置耗能腋撑，可以更明显的改善结构的抗震性能。综合结构响应分析、内力分析和腋撑变形耗能分析的结果，得出腋撑角度θ的最佳取值为30°-45°，腋撑端部距梁端距离α的最佳取值为Lb/6-Lb/5，Kh’的最佳取值为O.2-O.45。（3）建立了带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构简化计算模型，通过理论分析方法推导了各控制截面的内力计算公式以及腋撑变形与楼层位移关系的计算公式。基于推导的公式，建立了-套带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构基于“强柱弱梁”、“强剪弱弯”和“强节点弱构件”等延性设计思想的设计方法，为该种新型结构的设计提供了可供参考的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 转换结构研究现状
• 1.2.1 转换层结构的定SLL要形式
• 1.2.2 转换层结构国外研究现状
• 1.2.3 转换层结构国内研究现状
• 1.3 带腋撑结构研究现状
• 1.3.1 带腋撑结构国外研究现状
• 1.3.2 带腋撑结构国内研究现状
• 1.4 本论文研究的背景
• 1.4.1 耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构的提出
• 1.4.2 课题组的相关研究现状
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 带耗能腋撑型钢混凝土梁转换框架抗震性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试件设计及制作
• 2.2.2 试验装置
• 2.2.3 试验测量内容及测点布置
• 2.2.4 加载方案
• 2.3 试验过程及现象
• 2.3.1 试件FA
• 2.3.2 试件FA-BRB
• 2.3.3 试件FB
• 2.4 试验结果及分析
• 2.4.1 试件破坏形式分析
• 2.4.2 载一位移曲线分析
• 2.4.3 应变分析
• 2.4.4 抗震性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型验证
• 3.2.1 有限元程序简介
• 3.2.2 混凝土本构模型
• 3.2.3 钢材本构模型
• 3.2.4 有限元模型的建立
• 3.2.5 有限元模拟结果与试验结果对比
• 3.3 带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构有限元参数分析
• 3.3.1 有限元分析方法
• 3.3.2 框架柱轴压比对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能影响
• 3.3.3 转换梁托柱轴压比对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能影响
• 3.3.4 耗能腋撑设置位置对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能影响
• 3.3.5 腋梁刚度比对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能影ⅡN
• 3.3.6 梁柱线刚度比对带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构设计方法初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 耗能减震结构设计方法简介
• 4.2.1 期望阻尼比法
• 4.2.2 能量分析法
• 4.2.3 基于位移的设计方法
• 4.3 带腋撑结构设计方法研究现状
• 4.4 带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构设计方法
• 4.4.1 耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构简化模型的建立
• 4.4.2 控制截面内力计算公式推导与验证
• 4.4.3 撑变形一楼层位移关系公式推导与验证
• 4.4.4 耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构设计方法及步骤
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢