屈曲约束支撑在巨型钢框架减震性能方面的研究

发布时间：2017-10-11 22:35

  本文关键词：屈曲约束支撑在巨型钢框架减震性能方面的研究

  更多相关文章： 巨型钢框架 屈曲约束 模态分析 抗震性能 弹塑性动力时程分析

【摘要】：进入二十一世纪以来,我国的经济和科技发展进入黄金时期。随着我国经济快速发展和人口数量急剧增长,人们的生活方式和工作方式的改变,使得人们对于高层建筑的要求日益提高,而巨型钢框架样式的发展越来越多样化,结构层数越来越高度化,结构形式越来越复杂化,由此巨型钢结构越来越受到人们的欢迎。巨型钢框架结构有优点的同时也有着不可忽略的缺点,既结构有较好的延性特性的优点,也有结构的抗侧刚度比较相对来说比较低的缺点。在地震荷载作用下结构的水平位移较大,巨型钢框架支撑构件就必须为结构提供很大的侧向刚度。当地震强度很大时,承受的轴向力也会很大,就容易出现破坏和失稳,故此选择抗侧力构件,成为巨型钢框架结构设计的重中之重,巨型钢框架的抗震性能也越来越受到人们的关注。最近几十年来,国内外专家学者对结构消能、减震方便的研究很多,并取得了丰硕的研究成果。建筑的抗震不再是仅仅依靠结构增加本身梁柱的刚度,而是充分利用结构的耗能减震装置来减小地震荷载作用对建筑物的破坏。传统意义上的巨型钢框架设计,应用最多的是普通支撑承受结构的侧向轴力。普通支撑约束有着非常明显的缺点就是当结构处在弹性阶段的时候结构的延性较小,然而这时时候的结构刚度非常大,如果这时候对结构施加横向的地震荷载作用,普通支撑容易受压屈曲使结构丧失承载力。为了克服普通支撑受压容易屈服的缺点,国内外专家学者进行了深入的研究,最后发现屈曲约束支撑不仅可以使得结构在地震作用下能达到屈服而且不发生屈曲。屈曲约束支撑也叫BRB,在地震作用下,结构不论是处于受拉还是处于受压状态,结构都能达到屈服从而保证结构不发生屈曲破坏,这种特性使结构提高了刚度和滞回耗能能力。屈曲约束支撑由核心单元(芯材)构件、约束单位构件和约束单元之间的无粘结材料组成的具有良好的力学性能的材料。芯材是主要受力构件,通常情况下由屈服较好的钢材充当,现在比较常采用的截面形式为十字形和一字形;约束单元从侧向对结构施加约束,防止芯材受压时发生屈曲失稳,目前常用的为钢管砼;无粘结材料仓裹在核心单元的表面,用于消除核心单元与约束单元之间的摩擦力。对于屈曲约束支撑,本文首先对其基本工作原理进行了介绍,其次对其设计过程中的各种参数进行了深入分析,最后建立整体模型进行抗震分析。本文采用SAP2000结构分析软件分别建立含有普通支撑约束和屈曲约束支撑的模型,建立的模型必须考虑到巨型钢框架自身的力学性能,在此基础上进行优化和调整。首先对两种模型结构进行模态分析,以此获得结构的周期频率等各种基本结构参数。然后在模态分析的基础上对模型一和模型二进行多遇地震作用下的弹性时程分析,以确定它们的顶层位移、楼层最大侧位移和底部剪力等,并对两种模型在多遇地震作用下的地震响应数据进行了对比分析;最后对两模结构设置塑性铰,使的结构满足进行罕遇地震下弹塑性时程分析的要求,分析了两种结构在罕遇地震作用下的抗震性能,结果显示屈曲约束支撑提高结构整体刚度,能有效减少结构侧移,很好地充当了第一道地震防线的作用,得出防屈曲耗能支撑的抗震效果远远高于普通支撑的结论。
【关键词】：巨型钢框架 屈曲约束 模态分析 抗震性能 弹塑性动力时程分析
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU973.13;TU973.31
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 引言12-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 屈曲约束支撑的概述14
• 1.2 巨型钢框架结构和屈曲约束研究现状14-17
• 1.2.1 巨型钢结构研究现状14-16
• 1.2.2 屈曲约束研究现状16-17
• 1.3 本文研究的主要内容和方法17-19
• 第二章 屈曲约束支撑的分类构成与原理性能19-29
• 2.1 屈曲约束支撑的构成和分类19-22
• 2.1.1 屈曲约束支撑的构成19-20
• 2.1.2 屈曲约束支撑的分类20-22
• 2.2 屈曲约束支撑的工作原理22-23
• 2.3 屈曲约束支撑的各项参数23-26
• 2.3.1 屈曲约束支撑的等效刚度23-24
• 2.3.2 屈曲约束支撑的等效阻尼24-26
• 2.3.3 屈曲约束支撑的间隙确定26
• 2.4 屈曲约束支撑的整体稳定性26-29
• 第三章 屈曲约束支撑的巨型钢结构分析理论和方法29-49
• 3.1 模态分析的基本原理29-30
• 3.2 振型分解反应谱分析30-31
• 3.2.1 屈曲约束支撑的线性方程30
• 3.2.2 振型组合分析方法30-31
• 3.3 时程分析法31-49
• 3.3.1 时程分析法概述31-32
• 3.3.2 时程分析的振动模型32-33
• 3.3.3 时程分析的阻尼参数设置33-35
• 3.3.4 时程分析的基本方法35-39
• 3.3.5 时程分析中巨型钢框架的质量和刚度矩阵39-43
• 3.3.6 时程分析中地震波的选取43-45
• 3.3.7 时程分析中阻尼比取值45-49
• 第四章 屈曲约束支撑巨型钢框架的抗震性能49-77
• 4.1 结构模型的建立49-52
• 4.1.1 工程概况49
• 4.1.2 模型建立49-52
• 4.2 结构的模态分析52-54
• 4.3 多遇地震作用下的时程分析54-62
• 4.3.1 顶层位移54-55
• 4.3.2 各层最大位移55-58
• 4.3.3 层间位移角58-59
• 4.3.4 加速度59-61
• 4.3.5 底部剪力61-62
• 4.3.6 多遇地震作用下时程分析总结62
• 4.4 罕遇地震作用下的弹塑性时程分析62-75
• 4.4.1 塑性铰的定义和设置63-66
• 4.4.2 顶层位移66-68
• 4.4.3 层间位移角68-69
• 4.4.4 各层最大层间位移69-72
• 4.4.5 加速度72-73
• 4.4.6 基底剪力73-74
• 4.4.7 罕遇地震作用下屈曲约束支撑滞回曲线74-75
• 4.4.8 罕遇地震作用下弹塑性时程分析总结75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 作者简介及读研期间主要科研成果83

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