巨型框架结构的功能可恢复研究

发布时间：2018-10-30 10:09

【摘要】：在社会不断发展、城市人口及经济密度不断增加的现代,我们不仅要求建筑在地震发生时能保障生命安全,还要考虑经济损失,保证结构在震后的功能可恢复等问题。巨型框架作为一种新型的结构体系,在高层建筑的发展中具有良好的发展前景,国内外的相关研究也越来越广泛和深入,亦可见其重要性。本文依托国家自然科学基金项目“超高层巨型框架减震结构体系地震能量分析和抗倒塌能力研究”,“含减振子结构的巨型框架结构抗震性能及功能可恢复研究”,以及亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题“含减振子结构的新型巨型框架结构性能化抗震设计研究”为依托,以巨型框架及其减震结构——含减振子结构的巨型框架为研究对象,以提高巨型框架的功能可恢复能力为指导思想,利用ABAQUS建立精细化有限元模型分析含减振子结构的巨型框架的减震效果,并利用PACT建立性能模型并得出含减振子结构的巨型框架对结构功能可恢复能力的贡献作用。主要研究成果如下:(1)部分牺牲质量比后,模型可实现更大的频率比可调节范围。考虑到合理设计的超高层一般均具有较好的抗倒塌性能,且加速度敏感型非结构构件的损伤对功能可恢复的重要指标,即经济损失贡献巨大。因此选择楼层绝对加速度作为评价指标。使用11条地震动记录并将其加速度峰值调整至在七度中震水平,对不同频率比下的单减振子结构巨型框架进行时程分析。结果表明:总体上看,不同频率比下的减震结构均对于楼层绝对加速度具有一定的控制效果;当频率比为5时,其效果总体最优,此时针对结构中部的楼层绝对加速度控制效果可超过10%。(2)建筑物的倒塌是造成人员伤亡的最主要原因。结构如发生倒塌,则其功能可恢复能力就无从谈起。基于增量动力时程方法,以地面峰值加速度为地震动强度指标、以最大层间位移角为结构性能评价指标,对两类结构的倒塌易损性进行分析。结果表明:两类结构均具有较高的抗倒塌能力,即使在罕遇地震动作用下,两类巨型框架发生倒塌的概率也极低,也进一步说明对减震效果优化时选用楼层绝对加速度的合理性;减震结构具有更高的抗倒塌性能,且在地震动强度增强时更为明显。(3)相对于层间位移角、楼层最大加速度等指标,利用震后的经济损失和人员伤亡情况,可以更为直接的反应结构的功能可恢复能力,且更易于理解。本文建立的巨型框架及其减震结构的性能模型,并结合前文获取的结构响应数据,利用基于FEMA P-58的性能评估软件PACT,考察功能可恢复能力的重要指标——经济损失和人员伤亡情况,并进行对比分析。结果表明:在设防地震作用下,巨型框架及其减震结构均会产生一定程度的损伤,均需进行一定的修复。且从修复中值来看,减震结构具有一定提高功能可恢复性的效果。修复时其主要修复费用为非结构构件,且其大多为加速度敏感型,进一步说明本文第二章以楼层绝对加速度为优化指标的合理性。同时,在设防地震作用下,巨型框架及其减震结构的人员伤亡情况均非常低。可以认为两类结构在设防地震作用下,均基本不发生人员伤亡。
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【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU973.31

【参考文献】