摇摆钢支撑结构抗震性能分析

发布时间：2020-08-03 16:41

【摘要】：传统的摇摆墙结构可以改善结构的变形模式,进而提高结构的抗震性能。但是摇摆墙结构具有自重大、地震作用较强、施工复杂、与钢框架连接不方便等缺点。本文提出采用摇摆钢支撑代替摇摆墙,形成摇摆钢支撑框架结构。摇摆钢支撑框架结构可协调框架结构每一层的变形,使框架结构各层的位移变得更加均匀,有效地避免框架结构易出现的层间变形的集中,把地震能量分散到结构各层。与摇摆墙相比,摇摆钢支撑自重小,自身地震作用小,与钢框架连接方便。摇摆支撑钢架与主体框架之间使用耗能段连接,增加结构的耗能能力,避免主体结构发生破坏。本文使用有限元分析软件ABAQUS对摇摆钢支撑结构进行模拟,分析其抗震性能,主要研究内容及研究结果有:(1)使用SAP2000软件,根据规范设计了一栋3跨15层的摇摆钢支撑结构,并从含有摇摆支撑的一跨选取底部六层结构作为有限元分析的Base试件。(2)使用有限元软件ABAQUS6.14建立摇摆钢支撑结构的有限元模型,并通过对Y型偏心支撑试验的模拟分析验证了本文建模方式的可靠性。(3)采用ABAQUS有限元分析软件对比分析了摇摆钢支撑结构与中心支撑结构的抗震性能,分析结果表明:摇摆钢支撑结构主要通过耗能段耗散能量,支撑未发生屈曲,破坏模式比中心支撑结构理想,耗能机制合理。(4)从耗能能力、滞回性能、承载力、以及延性等方面分别对具有不同跨度、不同层高、刚度比和不同钢材强度等级的四组试件进行了抗震性能分析。研究结果表明:改变结构跨度和层高对结构抗震性能影响较大;随着支撑与框架刚度比的增加,结构的整体位移曲线逐渐趋于线性,层间位移角趋于一致,支撑与框架的刚度比大于2时效果明显;提高摇摆钢支撑结构非耗能段钢材等级可以提高结构的极限承载力和剩余刚度,减轻结构的破坏程度,结构延性会有所降低。(5)将结构正向骨架曲线简化为三折线能够准确确定耗能段替换的层间侧移角范围,结构跨度、刚度比和钢材强度等级增加能够提高耗能段替换的层间侧移角范围的上限,而层高的增加会降低耗能段替换的层间侧移角范围的上限。(6)根据前文分析结果,在摇摆结构的基础上增加预应力钢绞线使得结构具有自复位功能。分析增加预应力钢绞线后结构的抗震性能、研究钢绞线预拉力大小和钢绞线数量对结构自复位性能的影响。研究结果显示:结构添加预拉力钢绞线之后残余变形减小,具有良好的自复位能力。增大钢绞线初始预拉力或者保持单根钢绞线预应力不变的情况下增加钢绞线数量能够加强结构自复位能力,但是会降低耗能能力。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.11;TU391
【图文】：

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图 1-1 摇摆刚框架结构振动台试验模型1978 年学者 Priestley[4]为了证明 Housner 叙述的摇摆结构的耗能机理的正震动台实验对一摇摆结构进行了抗震性能研究。文章提出了一种反应谱法来结构最大地震反应。但后来学者 Makris 和 Konstantinidis[5]的研究推翻了这认为对于分析摇摆结构的地震反应，这种分析方法是不正确的。因为在动力摇摆刚体块与单自由度摆的动力机理是不一样的。2001 年，美国的 Tipping and Mar 公司首次使用摇摆墙结构对美国加州旧金市的一座十四层高的建筑[6]进行了加固改造。随后，Hitaka 和 Sakino[7]在 2步提出了一种联肢摇摆剪力墙结构体系。该结构体系中包括三种不同的边分别为钢管混凝土、钢筋混凝土墙肢以及刚连梁。Hitaka 和 Sakino 还对四边界破坏模式进行了静力荷载试验，四种破坏模式分别为混凝土墙肢压碎、肢剪切、钢管混凝土边柱剪切以及刚连梁屈曲。2009 年，Wada[8]等学者利用摇摆墙与钢耗能器联合在一起对一个位于东京津田校区的教学楼进行加固改造。计算结果分析证明：通过这种方法加固楼在不同地震动作用下其地震位移响应具有明显的降低。

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4图 1-2 框架-摇摆墙结构有限元模型图 1-3 摇摆墙柱脚设置示意图014 年河北工程大学的杨树标[22]分别对两种不同连接方式的框架-摇摆墙结构分析。两种连接方式分别为框架-摇摆墙铰接以及框架-摇摆墙刚接。为了能墙结构更好的运用到工程实际中去，作者在协同式工作理论和连续假设的基了铰接摇摆墙体系以及刚接摇摆墙体系的位移简化计算方法和内力的计算

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【参考文献】