基于弹性刚度的摩擦耗能支撑框架结构的设计方法研究

论文摘要

地震灾害是对人类威胁最大的自然灾害之一。随着经济与社会的发展,工程抗震作为一项减轻地震灾害的措施已经成为防灾减灾技术一个重要分支。云南省工程抗震研究所以“低造价、高性能、易生产、便施工”为目标,研究了钢筋混凝土支撑钢板—橡胶摩擦耗能减震框架体系。本文结合这种结构体系在高烈度地区工程应用的现状,对摩擦耗能支撑框架结构体系的设计方法进行了研究。本文简略介绍了结构控制技术的分类及摩擦耗能减震技术的发展;总结了钢筋混凝土支撑摩擦耗能减震框架结构体系的研究与应用;回顾了地震反应分析的模型与理论、结构动力特性的常用分析方法、摩擦耗能支撑结构现有的设计方法;根据现行抗震规范和摩擦耗能减震框架结构体系的应用经验,明确了各个设计阶段的具体内容,提出了摩擦耗能减震支撑框架结构体系的设计步骤。本文通过位移模式将多自由度体系转换为等效单自由度体系进行研究,推导了等效单自由度体系弹性刚度与地震作用的关系,能够从位移限值要求及主体结构的刚度分布和质量分布直接计算总体结构的地震作用与最小弹性抗侧刚度;结合底部剪力分析方法,用主体结构的基本振型或线性位移模式将多自由度体系转化为等效单自由度体系,推导了基于弹性刚度的底部剪力设计法,建立了摩擦耗能减震支撑的设计步骤;结合振型分解反应谱分析方法,用主体结构的侧向位移向量将多自由度体系转化为等效单自由度体系,提出了基于弹性刚度的反应谱设计法,建立了摩擦耗能减震支撑的设计步骤;通过6层和10层的算例示例了设计方法的过程与步骤;通过对抗侧刚度竖向分布不均结构的讨论,证实了基于弹性刚度的设计方法能够很好的适应于不同的主体结构;提出了设计方法的相关处理技巧和提高设计精度的方法。最后,本文结合在研究和工程应用中的一些问题,提出了今后该课题进一步发展的方向和需要解决的困难。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构控制技术的发展
• 1.2.1 主动控制技术
• 1.2.2 被动控制技术
• 1.2.3 混合控制技术
• 1.3 摩擦耗能支撑结构的发展
• 1.4 钢筋混凝土支撑摩擦耗能减震体系的研究与应用
• 1.4.1 钢板-橡胶摩擦耗能器
• 1.4.2 钢筋混凝土支撑摩擦耗能减震体系的工程应用
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 地震反应分析理论与模型
• 2.1 引言
• 2.2 地震反应分析理论
• 2.2.1 静力理论
• 2.2.2 反应谱理论
• 2.2.3 动力分析理论
• 2.3 地震作用分析模型
• 2.3.1 层间模型
• 2.3.2 杆系模型
• 2.3.3 空间协同模型
• 2.4 结构动力特性的计算
• 2.4.1 基本周期的估算
• 2.4.2 结构动力特性的分析
• 2.5 小结
• 第三章 摩擦耗能支撑框架结构的设计方法
• 3.1 引言
• 3.2 摩擦耗能支撑的概念设计
• 3.2.1 耗能支撑框架结构的应用范围
• 3.2.2 耗能支撑的型式
• 3.2.3 摩擦耗能支撑的布置原则
• 3.3 摩擦耗能支撑框架结构的设计步骤
• 3.3.1 概念设计阶段
• 3.3.2 主体结构设计阶段
• 3.3.3 摩擦耗能支撑设计阶段
• 3.3.4 摩擦耗能结构的验算
• 3.3.5 细部构造设计
• 3.4 摩擦耗能支撑现有的设计方法
• 3.4.1 等效单自由度体系法
• 3.4.2 最优滑移力设计谱法
• 3.4.3 振型分解反应谱法
• 3.4.4 耗能支撑框架优化设计法
• 3.4.5 循环设计法
• 3.4.6 能量平衡法
• 3.4.7 时程分析法
• 3.4.8 抗震规范规定的设计原则
• 3.5 小结
• 第四章 基于弹性刚度的底部剪力设计法
• 4.1 引言
• 4.2 等效单自由度体系的研究
• 4.2.1 等效单自由度体系的刚度与自振周期的关系
• 4.2.2 等效单自由度体系周期与地震作用的关系
• 4.2.3 等效单自由度体系的刚度与地震作用的关系
• 4.3 基于弹性刚度的底部剪力设计法
• 4.3.1 底部剪力法
• 4.3.2 基于弹性刚度设计方法的步骤
• 4.3.3 验证计算
• 4.4 几个实际问题的讨论
• 4.4.1 位移向量对设计结果的影响
• 4.4.2 抗侧刚度竖向分布不均匀的影响
• 4.4.3 提高设计精度的方法
• 4.4.4 弹性层间位移限值的影响
• 4.5 小结
• 第五章 基于弹性刚度的反应谱设计法
• 5.1 引言
• 5.2 多自由度体系的动力分析
• 5.2.1 多自由度体系运动微分方程
• 5.2.2 运动微分方程的解藕
• 5.2.3 运动微分方程的解
• 5.3 基于弹性刚度的反应谱设计法
• 5.3.1 振型分解反应谱理论
• 5.3.2 基于弹性刚度设计方法的步骤
• 5.3.3 验证计算
• 5.4 几个实际问题的讨论
• 5.4.1 截取参与振型对设计结果的影响
• 5.4.2 局部楼层的抗侧刚度偏小的影响
• 5.4.3 局部楼层的抗侧刚度偏大的影响
• 5.4.4 提高设计精度的方法
• 5.4.5 弹性层间位移限值的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 研究生在读期间发表的论文