屈曲约束支撑钢框架抗震性能及其结构影响系数研究

论文摘要

钢结构轻质高强,抗震性能好。纯钢框架侧向刚度较差,往往需要较大的梁、柱截面才能满足要求,中心支撑钢框架的支撑在强震作用下易发生屈曲失稳,造成其抗震能力急剧下降,偏心支撑钢框架的支撑在一定程度上解决了上述结构体系中存在的问题,但在强震下仍有支撑屈曲、拉压滞回性能不对称等问题。为了改善支撑的受力性能,使其在地震作用时不发生屈曲,屈曲约束支撑钢框架体系应运而生。这种体系在发达国家已被大量采用,国内的应用研究正在不断发展中。本文首先应用ANSYS有限元分析软件对屈曲约束支撑钢框架和普通支撑钢框架在静力往复荷载作用下的受力性能进行模拟。结果表明,屈曲约束支撑钢框架滞回曲线较普通支撑钢框架滞回曲线更加饱满,滞回环包含的面积相对较大,说明其能够消耗更多的能量,具有更强的耗能能力。通过对屈曲约束支撑钢框架和普通支撑钢框架进行时程分析,对比了两种体系大、小震的时程响应,得出屈曲约束支撑钢框架具有更好的抗震性能。基于增量动力分析,求出多条地震波下的结构基底剪力和顶点位移,并进行多项式拟合,得到结构的IDA能力曲线;以此为基础,研究了层数和跨数对屈曲约束支撑钢框架结构影响系数的影响。结果表明,层数和跨数的影响很小,可以忽略不计,结构影响系数R中结构超强系数所占的比重明显大于结构延性系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1. 引言
• 1.2. 耗能减震原理
• 1.3. 屈曲约束支撑构件
• 1.3.1. 屈曲约束支撑的发展历史及研究现状
• 1.3.2. 屈曲约束支撑的基本组成及受力机理
• 1.3.3. 屈曲约束支撑的等效刚度及恢复力模型
• 1.3.4. 屈曲约束支撑的屈曲荷载
• 1.4. 屈曲约束支撑钢框架体系
• 1.4.1. 钢框架支撑体系简介
• 1.4.2. 屈曲约束支撑钢框架体系简介
• 1.5. 本文研究目的、内容及方法
• 1.5.1. 本文研究的目的
• 1.5.2. 研究内容及方法
• 2. 屈曲约束支撑钢框架的滞回性能分析
• 2.1. ANSYS单元选取及数值模拟可靠性的验证
• 2.1.1. 选用单元简介
• 2.1.2. 有限元建模的可靠性检验
• 2.2. 屈曲约束支撑钢框架与普通支撑钢框架的滞回性能对比分析
• 2.2.1. 计算模型
• 2.2.2. 数值模拟计算结果对比
• 2.3. 本章小结
• 3. 屈曲约束支撑钢框架的时程分析
• 3.1. 时程分析理论
• 3.1.1. 时程分析方法概述
• 3.1.2. 结构的计算模型简介
• 3.1.3. 恢复力特性曲线
• 3.1.4. 地震反应的数值分析方法
• 3.2. 屈曲约束支撑钢框架的设计原则及步骤
• 3.3. 基于抗侧刚度比的设计方法简介
• 3.4. 时程分析计算模型
• 3.4.1. 结构模型
• 3.4.2. 有限元模型
• 3.5. 时程分析结构阻尼的确定
• 3.6. 时程分析地震波的选取
• 3.7. 结果分析
• 3.7.1. 小震作用下的时程分析结果对比
• 3.7.2. 大震作用下的时程分析结果对比
• 3.8. 本章小结
• 4. 屈曲约束支撑钢框架结构影响系数
• 4.1. 结构影响系数简介
• 4.2. 增量动力分析
• 4.2.1. 调幅方法
• 4.2.2. 增量动力分析基本步骤
• 4.2.3. 数据处理方法
• 4.2.4. 曲线拟合
• 4.2.5. 双折线法简介
• 4.3. 求解结构影响系数
• 4.3.1. 求解结果汇总
• 4.3.2. 层间位移
• 4.3.3. 结构影响系数计算
• 4.3.4. 计算结果统计
• 4.3.5. 计算结果评价
• 4.4. 本章小结
• 5. 结论与展望
• 5.1. 结论
• 5.1.1. 滞回性能分析结论
• 5.1.2. 时程分析结论
• 5.1.3. 结构影响系数研究结论
• 5.2. 论文展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文