可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析

发布时间：2017-07-21 04:21

  本文关键词：可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析

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【摘要】：本文在回顾可控摇摆自复位结构体系最新发展动态后,进行了有限元模拟方法的试验验证。并按照这种模拟方法,分别建立了三层和七层可控摇摆自复位结构体系模型,通过两频段选波方法,筛选出合适的地震波进行时程分析。以理论和模拟研究相结合的方法,具体分析了结构体系在小震、中震和大震下的抗震性能。主要结论如下:1)通过合理设计,可控摇摆自复位钢框架结构体系利用自身刚体转动,带动放置于两框架间的蝴蝶型耗能钢板耗能,并通过钢绞线提供的回复力,保证结构在地震结束后能够回复到原有位置,实现“小震不坏、中震可修、大震不到”的设防目标。2)可控摇摆自复位钢框架结构体系的工作性能主要与钢绞线和耗能器协同工作关系有关,而这种协同工作关系通过自复位率来表征,自复位率越大结构在震后残余变形越小,但此时耗能器产生的塑性变形小,耗能效果差,因此对于可控摇摆自复位结构选取合适的自复位率至关重要.本文分别对具有不同自复位率的可控摇摆钢框架结构体系进行了研究分析,得出对于双跨摇摆自复位结构,自复位率取值的合理范围为0.5~1.5。3)本文对三层和七层可控摇摆自复位结构体系进行抗震性能研究,得出结构性能目标为:(1)在正常使用阶段,柱脚不抬起,此时柱脚节点近似于铰接节点,框架依靠自身刚度抵抗水平侧向荷载,结构的竖向传力路径为板-梁-柱;(2)在多遇地震下,柱脚可以发生轻微抬起,抬起高度不超过结构总高度的千分之二,顶点最大位移比和各层层间位移角不超过0.4%,耗能器不产生塑性变形,结构滞回曲线无滞回环;(3)在中震下,柱脚抬起,在某些地震动作用下,耗能器可以产生一定的塑性变形,结构滞回曲线捏缩,但钢绞线不产生塑性变形,此时结构最大顶点位移比和各层层间位移角不超过1.5%;(4)在罕遇地震下,结构柱脚抬起,耗能器产生较大的塑性变形,结构滞回曲线饱满,但钢绞线依然不产生塑性变形,结构顶点最大位移比和各层层间位移角不超过2.0%。
【关键词】：刚体转动 性能目标 自复位率 可控摇摆自复位结构体系
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.11
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题背景和研究意义12
• 1.2 基于性能的抗震结构体系12
• 1.3 自复位结构体系的基本概念12-13
• 1.4 自复位结构在国内外的研究现状13-18
• 1.4.1 自复位防屈曲支撑结构13-15
• 1.4.2 横向自复位结构15-16
• 1.4.3 竖向自复位结构16-18
• 1.5 耗能材料研究现状18-19
• 1.5.1 钢板耗能器18-19
• 1.6 摇摆自复位结构在实际工程中的应用19
• 1.7 本课题的研究内容19-21
• 第二章 结构有限元模型验证21-30
• 2.1 试验概况21-22
• 2.2 有限元模型的建立22-25
• 2.2.1 试验介绍22
• 2.2.2 双跨摇摆钢框架模型22-23
• 2.2.3 柱脚模拟23
• 2.2.4 预应力钢绞线的模拟23-24
• 2.2.5 蝴蝶型耗能钢板的模拟24-25
• 2.2.6 水平链杆的模拟25
• 2.3 加载过程25
• 2.4 试件的有限元软件模拟验证25-28
• 2.4.1 A2试件有限元模拟验证25-27
• 2.4.2 A3试件有限元模拟验证27-28
• 2.5 模拟结果误差分析28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 双跨可控摇摆自复位结构的理论分析与设计方法30-42
• 3.1 双跨可控摇摆自复位结构体系的运动形式及理想滞回曲线分析30-33
• 3.1.1 双跨可控摇摆自复位结构体系的运动形式30-32
• 3.1.2 可控摇摆自复位钢框架理想滞回曲线分析32-33
• 3.2 预应力钢绞线和钢板耗能器的力学工作原理分析33-34
• 3.3 结构设计性能目标34-36
• 3.3.1 双跨摇摆自复位钢框架理想推覆曲线分析34-35
• 3.3.2 结构设计性能目标35-36
• 3.4 可控摇摆自复位结构各参数设计36-41
• 3.4.1 建筑原型、场地等基本参数36-37
• 3.4.2 设计基底剪力和倾覆力矩37-38
• 3.4.3 计算耗能器承载力和钢绞线初始预拉力38
• 3.4.4 板耗能器参数设计38-39
• 3.4.5 预应力钢绞线参数设计39-41
• 3.4.6 确定框架中结构构件的尺寸41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 三层可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析42-65
• 4.1 建立模型42-43
• 4.1.1 建立三层可控摇摆自复位结构体系有限元模型42-43
• 4.1.2 静力循环加载分析43
• 4.2 自复位率对可控摇摆自复位结构体系的性能影响43-45
• 4.3 地震波的选取45-49
• 4.3.1 地震波的选取方法45-46
• 4.3.2 选取地震波46-48
• 4.3.3 选取人造波48-49
• 4.4 结构体系在多遇地震下抗震性能分析49-54
• 4.5 结构体系在中震下抗震性能分析54-57
• 4.6 结构体系在罕遇地震下抗震性能分析57-64
• 4.6.1 地震过程中结构体系的运动形式57-60
• 4.6.2 罕遇地震下结构耗能器的能量耗散60-62
• 4.6.3 结构在各地震过程中复位性能分析62-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 多层可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析65-88
• 5.1 拟静力加载分析65-70
• 5.1.1 耗能器摆放位置对能量耗散的影响65-68
• 5.1.2 建立多层可控摇摆自复位结构体系有限元模型68-69
• 5.1.3 静力循环加载分析69-70
• 5.2 多层可控摇摆自复位结构体系在多遇地震下抗震性能分析70-75
• 5.3 多层可控摇摆自复位结构体系在中震下抗震性能分析75-80
• 5.4 结构体系在罕遇地震下抗震性能分析80-86
• 5.4.1 罕遇地震下结构各层层间位移80-81
• 5.4.2 罕遇地震下结构耗能器的能量耗散81-84
• 5.4.3 结构在各地震过程中复位性能分析84-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 结论88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-93
• 致谢93-94
• 作者简介94
• 攻读硕士学位期间论文发表情况94

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