楼梯间设置软钢消能支座结构减震性能及设计方法研究

发布时间：2020-07-29 23:10

【摘要】：长期以来我国结构工程界对楼梯间抗震设计方法缺乏深入研究,既没有考虑楼梯间构件抗震性能,也未考虑楼梯间对整体结构抗震性能影响。震害调查表明,地震作用下,楼梯间破坏程度远比结构其他部位严重,由于楼梯间破坏倒塌,造成逃生通道中断或堵塞,导致严重后果。为解决上述问题,本文提出一种新型楼梯间软钢消能支座,通过在楼梯间设置软钢消能支座弱化梯板的斜撑效应,减小楼梯间构件受力,保护楼梯间安全,同时利用软钢塑性变形耗散地震能量,为结构提供附加阻尼比,改善结构动力特性,达到有效减震的目标。主要研究内容及成果如下:(1)为保证软钢消能支座的耗能效果,通过理论分析及有限元模拟确定支座耗能芯板的截面形式。在此基础上设计四个试件对耗能芯板及软钢消能支座进行试验研究,得到其各项力学性能参数。试验结果表明,软钢消能支座力学性能良好,具有较小的屈服位移及良好的变形能力和耗能能力,能够满足楼梯间使用要求。(2)采用ABAQUS有限元分析软件建立未设置楼梯、设置普通现浇楼梯、设置软钢消能支座楼梯三个模型,分析不同水准地震作用下楼梯间软钢消能结构动力响应,对比结构自振周期、加速度响应、楼层剪力、层间位移角、楼梯间构件内力等参数。通过对比分析,结果表明:在地震作用下,楼梯会增加框架结构整体刚度,同时也会放大地震作用效应;设置楼梯间软钢消能支座后可以显著弱化楼梯对结构的影响,使得结构加速度响应、层剪力减小;楼梯间梯柱、梯梁、梯板的受力明显减小;楼梯间设置软钢消能支座减震效果明显,可显著提高整体结构及楼梯间在地震作用下的安全。(3)基于楼梯间受力特点及消能减震设计思路,提出了楼梯间软钢消能支座的设计方法及整体结构设计流程。为楼梯间抗震设计提供了一种有效的新途径和新方法。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.1
【图文】：

楼梯间,震害,情况

提出了更高的要求，迫切需要防震减灾性能更好的建筑保护生命安全，减少财产损失。地震来临时，楼梯间作为人们选择逃生的唯一通道，其承担的人流量会瞬间达到峰值。若此时楼梯结构或构件发生破坏，导致逃生通道中断或堵塞，会引发严重后果。2008年汶川 8.0 级地震及 2010 年玉树地震震害调查表明[1,2,3]，地震作用下，尤其对于钢筋混凝土框架结构建筑，楼梯间的损坏程度往往比结构其它部位严重，楼梯间震害主要表现为:（1）楼梯间支撑结构构件破坏倒塌。钢筋混凝土框架结构中梯柱(短柱)发生剪切破坏，造成楼梯间柱整体倒塌破坏，见图 1.1（a）所示;（2）楼梯间梯梁破坏。地震作用下，梯梁是弯、剪、扭共同作用构件，梯梁两端发生剪扭、剪切破坏，同时由于梯梁中部应力集中，造成梯梁断开并与梯板脱开，见图 1.1（b）所示;（3）楼梯间梯段板破坏。地震中，楼梯梯段板通常在跨中、1/4 净跨处出现明显水平裂缝，造成梯段板被拉断，见图 1.1（c）所示;（4）楼梯间填充墙倒塌。楼梯间两侧填充墙与框架梁、柱连接不可靠，发生平面外倒塌而造成楼梯通道堵塞，见图 1.1（d）所示。这些震害表明传统的楼梯设计方法存在严重缺陷，不能满足结构抗震要求。

滑动支座,楼梯间,做法,问题

于在梯板、梯梁中间设置了四氟乙烯板，施工时梯板。梯梁不能同时浇筑，延长施工周期。图1.2 楼梯间滑动支座做法及问题1.3 工程结构减震控制概述工程结构减震控制技术是近年来地震工程界的重要成果，与传统抗震体系“硬抗”地震的概念相比，消能减震建筑体系采取以“柔”克“刚”的理念，通过增加结构阻尼比，调整结构动力特性，达到有效减震的目标。工程结构消能减震体系，是指在结构某些特定位置，装设某种装置或某种机构，当地震发生时，减震装置通过变形来吸收地震能量，使得主体结构受到的地震作用显著减小，避免了主体结构的破坏[13,14,15]。工程结构减震控制技术主要包括消能减震、隔震减震、质量调谐减震和主动控制[16,17,18,19]。其中消能减震技术，主要是在结构中某些薄弱部位或变形相对较大的位置安装消能装置或者将某些非承重部件设计成消能构件，通过消能装置和消能构件大量耗散地震输入能量

框架结构,框架结构,楼梯间,软钢

图 1.3 框架结构设置屈曲约束支撑图 1.4 连梁中部设置软钢阻尼器楼梯间消能减震系统即将这种思想应用于结构楼梯间部位，楼梯间部位由于梯段板的单向斜撑效应使得其沿梯段板方向刚度增大，在地震作用下楼梯间吸收较多的能量，其变形也较结构其他部位大，在梯板与梯梁之间安装软钢消能支座，能够弱化梯板的斜撑效应，减小楼梯间构件受力，同时在地震下软钢消能支座屈服耗能，吸收地震能量，为结构提供附加阻尼比，改善结构动力特性。如图 1.5~图 1.7 所示。

【参考文献】