防屈曲支撑框架结构抗震性能分析

论文摘要

采用静力和动力弹塑性分析方法,对防屈曲支撑框架结构的抗震性能进行了研究,对防屈曲支撑与框架结构的相互作用机理与规律进行了分析,并与普通支撑框架结构的抗震性能进行了对比,同时探讨了相关的抗震性能分析方法。具体完成了如下工作:第一,基于Benchmark模型分析防屈曲支撑对提高钢框架结构抗震性能的作用;考虑高阶振型影响确定Pushover分析侧向力加载模式和结构位移形状向量,并研究此时能力谱法的分析精度;对支撑选取方式分别基于支撑与框架刚度比、结构层间位移角分布和结构层间剪力分布进行讨论,研究不同选取方式时结构体系抗震性能的差异。并研究支撑内核单元采用不同屈服强度钢材时结构地震响应的差异。第二,对防屈曲支撑钢管混凝土柱框架结构的抗震性能做了分析,提出ANSYS中钢管混凝土柱的有限元模型。分析防屈曲支撑对提高组合框架结构抗震性能的作用,研究支撑内核单元采用不同屈服强度钢材以及支撑与组合框架刚度比不同时组合框架支撑结构地震响应的差异。第三,对比普通钢支撑与防屈曲支撑钢框架和组合框架的抗侧力和抗震性能,其中钢柱和管混凝土柱抗压强度相等,针对哈尔滨地区一栋20层的实际工程,对分别布置普通钢支撑与防屈曲支撑时两种框架结构的抗侧力和抗震性能进行对比分析;第四,基于我国抗震设计规范给出的弹性反应谱,采用能力谱和改进的能力谱法建立高阻尼弹性和非弹性需求谱,对两种防屈曲支撑框架结构体系的抗震性能进行了评估,对不满足抗震规范要求的结构体系重新进行设计使其满足规范的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的、意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 防屈曲支撑的构造特点
• 1.2.2 防屈曲支撑的稳定性能
• 1.2.3 防屈曲支撑的滞回性能
• 1.2.4 防屈曲支撑体系的优缺点
• 1.2.5 防屈曲支撑钢框架的研究现状
• 1.2.6 防屈曲支撑组合框架的研究现状
• 1.2.7 结构抗震性能分析方法研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能分析
• 2.1 概述
• 2.2 基于ANSYS 的有限元分析的基本条件
• 2.2.1 单元的选取
• 2.2.2 材料非线性的考虑
• 2.2.3 几何非线性的考虑
• 2.3 结构抗震性能分析的基本方法
• 2.3.1 时程分析法
• 2.3.2 静力弹塑性（Pushover）分析方法
• 2.4 基于Benchmark 模型的防屈曲支撑钢框架抗震性能分析
• 2.4.1 20 层钢框架Benchmark 模型
• 2.4.2 九层钢框架Benchmark 模型
• 2.4.3 Pushover 分析侧向力加载模式对分析结果的影响
• 2.4.4 防屈曲支撑布置原则对结构抗震性能的影响
• 2.5 防屈曲支撑内核单元钢材屈服强度对结构抗震性能的影响
• 2.5.1 模型介绍及验证
• 2.5.2 在不同刚度比下屈服强度对结构抗震性能的影响
• 2.5.3 在不同地震动峰值加速度下屈服强度对结构抗震性能的影响
• 2.6 防屈曲支撑与普通支撑钢框架抗震性能的对比分析
• 2.6.1 工程概况及模型建立
• 2.6.2 多遇地震作用下的强度与变形验算
• 2.6.3 罕遇地震作用下的弹塑性时程分析
• 2.6.4 结构体系中的构件性能分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 防屈曲支撑组合框架结构的抗震性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 钢管混凝土柱有限元模型的验证
• 3.2.1 钢材的三向应力状态的本构关系
• 3.2.2 混凝土三向应力状态的本构关系
• 3.2.3 钢管混凝土柱的模拟
• 3.3 基于Benchmark 模型的防屈曲支撑组合框架抗震性能分析
• 3.3.1 九层组合框架Benchmark 模型
• 3.3.2 Pushover 分析过程中结构塑性发展全过程分析
• 3.3.3 防屈曲支撑内核单元钢材屈服强度对组合框架结构抗震性能的影响
• 3.3.4 防屈曲支撑框架刚度比对结构抗震性能的影响
• 3.4 防屈曲支撑与普通支撑组合框架抗震性能的对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 两种框架支撑结构基于我国抗震规范的抗震性能评估
• 4.1 概述
• 4.2 我国抗震规范弹性反应谱
• 4.3 高阻尼弹性需求谱
• 4.4 弹塑性需求（反应）谱
• 4.5 钢框架基于抗震规范的抗震性能评估
• 4.6 组合框架基于抗震规范的抗震性能评估
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢