柱间防屈曲支撑在网壳结构减震中的应用研究

论文摘要

单层球面网壳是大跨空间结构的一类主要形式,常被应用于重要的体育建筑及公共建筑中。历次震害调查以及当前的研究均表明,该类结构在强震下会产生较大的变形以及塑性发展,影响结构的正常使用。因此,在地震中特别是在强震作用下,对单层球面网壳地震响应的控制研究显得尤为重要。本文正是通过在下部支承柱间设置一种耗能减震支撑—防屈曲支撑(BRB)的方式,来对结构进行被动振动控制。主要研究内容包括:1、分析了在支承柱间设置BRB时对结构抗震性能的提升机理通过基于响应的全过程分析方法,对比了下部支承钢结构柱间无支撑、设置普通支撑与设置BRB时单层球面网壳在地震作用下的抗震性能。从结构上部网壳最大位移、框架柱侧移、网壳与下部框架柱塑性发展比例以及极限承载力等方面系统的分析了结构在地震作用下响应的区别,阐述了BRB在结构中的减震性能与减震机理。2、钢框架柱间设置BRB的网壳结构系统研究列举了支承钢结构柱间设置BRB单层球面网壳结构系统的典型算例,从位移与塑性发展等方面详细描述了结构随荷载幅值递增响应的全过程。通过大量算例分析统计,归纳出该类结构在地震荷载作用下的三种不同失效形式;系统地研究了在结构失效历程中,BRB截面面积、BRB屈服强度、地震类型、支承框架柱尺寸、网壳矢跨比、BRB布置类型等对结构抗震性能的影响,为下部支承钢结构柱间设置BRB的单层球面网壳设计提供参考。3、混凝土框架柱间设置BRB的网壳结构系统研究对下部框架柱为混凝土结构的单层球面网壳,通过简化的混凝土梁单元模型实现了结构的数值分析。系统分析了结构的地震响应,讨论了采用不同混凝土下部支承框架柱尺寸时,结构位移与塑性发展等响应变化规律。在不同截面尺寸的下部混凝土框架支承柱之间,通过满跨布置BRB和隔跨布置BRB两种方式对比研究了BRB对该类结构的影响,总结了BRB对下部混凝土支承网壳结构抗震性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 防屈曲支撑研究现状
• 1.2.1 国外研究发展现状
• 1.2.2 国内研究发展现状
• 1.3 空间结构减震研究现状
• 1.3.1 国外研究发展现状
• 1.3.2 国内研究发展现状
• 1.4 课题研究内容及意义
• 第2章 网壳结构支承柱间设置BRB的减震机理
• 2.1 引言
• 2.2 研究方法及有限元模型
• 2.2.1 研究方法与技术路线
• 2.2.2 有限元分析模型
• 2.3 无柱间支撑网壳结构的地震响应
• 2.4 普通支撑网壳结构抗震分析
• 2.5 柱间BRB下部支撑网壳结构抗震性能对比分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 网壳结构支承柱间设置BRB的失效模式与极限荷载判别
• 3.1 引言
• 3.2 破坏模式的研究
• 3.2.1 典型失效模式1
• 3.2.2 典型失效模式2
• 3.2.3 典型失效模式3
• 3.3 极限荷载的经验判别与失效时刻动力响应
• 3.4 本章小结
• 第4章 网壳结构支承柱间设置BRB参数设计分析
• 4.1 引言
• 4.2 BRB截面尺寸的影响
• 4.3 地震动影响
• 4.4 BRB屈服强度的影响
• 4.5 框架柱尺寸的影响
• 4.6 网壳矢跨比的影响
• 4.7 支撑布置形式的影响
• 4.8 本章小结
• 第5章 混凝土支承柱间设置BRB的失效分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元模型
• 5.3 无支撑布置时结构的抗震性能研究
• 5.4 满跨布置防屈曲支撑时的抗震性能
• 5.5 隔跨布置防屈曲支撑时的抗震性能研究
• 5.6 防屈曲支撑结构的抗震性能对比研究
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢