钢交错桁架结构体系在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策

论文摘要

钢交错桁架结构体系的概念自上世纪六十年代在美国提出以来,因其具有经济性和建筑布置灵活性等诸多优点,在国外广为研究和应用。国内自上世纪八十年代引入该结构体系的概念以来,对其研究就没有停止过,但因起步较晚,目前国内尚未形成该结构体系的设计规范,其工程应用尚处于探索阶段。纵观前人的研究成果,针对交错桁架结构体系抗震性能的研究资料相对较少,人们对其抗震性能和破坏机理的认识还远远不足,为加快该结构体系在国内的应用,研究该结构体系在循环荷载作用下的破坏机理并提出抗震设计对策和建议,具有重要的理论和工程意义。为了分析交错桁架结构体系的滞回性能并为建立数值模型进行结构体系抗震性能非线性分析服务,本文首次进行了钢交错桁架结构体系在循环荷载作用下的试验研究,分别对1个空腹式和1个混合式交错桁架结构体系试件进行了1/3比例模型结构的循环加载试验。试验结果表明,交错桁架结构体系的滞回性能较好,桁架形式是影响该结构体系抗震性能的主要因素。对该结构体系的理论研究方面,国内外主要集中在其静力性能研究的范畴,本文首次采用三维非线性有限元对该结构体系进行了循环加载分析,在对有限元模型分析结果与试验结果进行对比验证后,本文对7个系列30多个有限元试件进行了系统地参数分析。主要研究了桁架形式、桁架跨度、桁架高度、桁架中间节间尺寸、桁架节间数、桁架是否落地等参数对该结构体系滞回性能的影响。最后依据试验和理论分析的结果提出了该结构体系的抗震设计对策和建议,填补了国内外相关领域的空白。交错桁架结构体系方兴未艾,对其抗震性能进行研究在结构工程界是重点的研究课题之一,研究及应用前景十分广阔。本文系统、全面地分析了交错桁架结构体系在循环荷载作用下的破坏机理,为制定该结构体系的设计规范、指导工程设计及抗震减灾工作提供了参考依据,也为进一步研究该体系的抗震性能奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 交错桁架结构体系的组成和特点
• 1.3 交错桁架结构体系的研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 1.4.1 前人研究的不足
• 1.4.2 本文的研究工作
• 参考文献
• 2 交错桁架结构体系在循环荷载作用下的试验研究
• 2.1 试验设计
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.1.1 原型结构选取
• 2.1.1.2 试件相似比的确定
• 2.1.1.3 设计荷载
• 2.1.1.4 试件设计方法及试件加工图
• 2.1.2 试验加载方案
• 2.1.2.1 试验装置
• 2.1.2.2 加载制度
• 2.1.3 试验观测方案
• 2.1.3.1 力观测
• 2.1.3.2 位移观测
• 2.1.3.3 应变观测
• 2.2 试验结果及分析
• 2.2.1 材性试件及试验结果
• 2.2.2 交错桁架结构体系试件试验结果
• 2.2.2.1 空腹式交错桁架结构体系试件
• 2.2.2.1.1 试验现象
• 2.2.2.1.2 试验结果
• 2.2.2.1.3 试验结果分析
• 2.2.2.2 混合式交错桁架结构体系试件
• 2.2.2.2.1 试验现象
• 2.2.2.2.2 试验结果
• 2.2.2.2.3 试验结果分析
• 2.2.3 交错桁架结构体系试件试验结论
• 2.2.3.1 空腹式交错桁架结构体系
• 2.2.3.2 混合式交错桁架结构体系
• 2.2.3.3 不同桁架形式对交错桁架结构体系抗震性能的影响
• 参考文献
• 3 有限元分析建模及验证
• 3.1 有限元程序
• 3.1.1 ANSYS程序简介
• 3.1.2 ANSYS有限元模拟基本过程
• 3.2 有限元程序验证
• 3.2.1 空腹式交错桁架结构体系试件
• 3.2.2 混合式交错桁架结构体系试件
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 4 空腹式交错桁架结构体系滞回性能分析
• 4.1 有限元试件设计
• 4.1.1 试件设计原则
• 4.1.2 试件的尺寸
• 4.1.2.1 KB试件
• 4.1.2.2 KKD系列试件
• 4.1.2.3 KJJ系列试件
• 4.1.2.4 KCG系列试件
• 4.1.2.5 KJZ系列试件
• 4.1.2.6 KPS系列试件
• 4.1.2.7 KLD系列试件
• 4.1.3 加载方式
• 4.1.4 破坏准则
• 4.1.5 试件约束条件和单元划分
• 4.2 空腹式交错桁架结构体系计算结果分析
• 4.2.1 KB试件
• 4.2.1.1 单调加载
• 4.2.1.2 循环加载
• 4.2.2 KKD系列试件
• 4.2.2.1 单调加载
• 4.2.2.2 循环加载
• 4.2.3 KJJ系列试件
• 4.2.3.1 单调加载
• 4.2.3.2 循环加载
• 4.2.4 KCG系列试件
• 4.2.4.1 单调加载
• 4.4.2.2 循环加载
• 4.2.5 KJZ系列试件
• 4.2.5.1 单调加载
• 4.2.5.2 循环加载
• 4.2.6 KPS系列试件
• 4.2.6.1 单调加载
• 4.2.6.2 循环加载
• 4.2.7 KLD系列试件
• 4.2.7.1 单调加载
• 4.2.7.2 循环加载
• 4.3 本章小节
• 参考文献
• 5 混合式交错桁架结构体系滞回性能分析
• 5.1 有限元试件设计
• 5.1.1 试件结构布置
• 5.1.2 试件的尺寸
• 5.1.2.1 HB试件
• 5.1.2.2 HKD系列试件
• 5.1.2.3 HJJ系列试件
• 5.1.2.4 HCG系列试件
• 5.1.2.5 HJZ系列试件
• 5.1.2.6 HPS系列试件
• 5.1.2.7 HLD系列试件
• 5.2 混合式交错桁架结构体系计算结果分析
• 5.2.1 HB试件
• 5.2.1.1 单调加载
• 5.2.1.2 循环加载
• 5.2.2 HKD系列试件
• 5.2.2.1 单调加载
• 5.2.2.2 循环加载
• 5.2.3 HJJ系列试件
• 5.2.3.1 单调加载
• 5.2.3.2 循环加载
• 5.2.4 HCG系列试件
• 5.2.4.1 单调加载
• 5.2.4.2 循环加载
• 5.2.5 HJZ系列试件
• 5.2.5.1 单调加载
• 5.2.5.2 循环加载
• 5.2.6 HPS系列试件
• 5.2.6.1 单调加载
• 5.2.6.2 循环加载
• 5.2.7 HLD系列试件
• 5.2.7.1 单调加载
• 5.2.7.2 循环加载
• 5.3 本章小节
• 参考文献
• 6 结论与建议
• 6.1 本文结论
• 6.2 抗震对策和设计建议
• 6.3 后继工作
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文和科研情况