摇摆桁架-钢框架的新型柱脚节点与抗震性能研究
发布时间：2021-08-01 05:08
摇摆桁架—钢框架结构作为自复位结构的一种,其特点是摇摆桁架柱脚通常采用铰接或半刚性连接,而主体钢框架结构柱脚大部分仍采用刚接形式。然而,现有研究表明,摇摆桁架—钢框架结构的损伤演化规律为:主体框架柱脚首先形成塑性铰,然后耗能构件进入塑性,最后是框架梁端和其它构件屈服。可见,主体框架柱脚发生塑性屈服的失效模式并不符合自复位结构的设计理念,在罕遇甚至极罕遇地震下,也很难保证结构的抗倒塌能力。为此,本文提出采用新型柱脚节点的摇摆桁架—钢框架结构体系,该结构的桁架柱脚采用预应力筋和弹簧作为自复位构件,实现结构的自复位性能;框架柱脚采用屈曲约束钢板作为耗能构件,并通过合理设计实现柱脚的半刚性连接构造,以期该结构能够降低柱脚发生塑性破坏的概率,减小结构残余变形,提高结构体系的震后可恢复性。本文主要研究内容如下:（1）新型桁架柱脚节点的设计与自复位性能分析:提出了采用预应力筋和弹簧的新型柱脚节点,采用ABAQUS建立了20个三维精细化有限元模型,对比分析了新型柱脚与传统柱脚的初始刚度、极限承载力及自复位性能;基于预应力筋初始值、预应力筋数量、仅布置弹簧、仅布置预应力筋、预应力筋+弹簧以及预应力筋全高...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文采用新型柱脚节点的摇摆桁架—钢框架结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-1本文采用新型柱脚节点的摇摆桁架—钢框架结构1.2摇摆结构体系研究现状1.2.1摇摆结构的起源1963年Housner[6]通过调研首次发现，建筑结构在大地震作用下的向上抬升行为，对结构自身可起到很好的保护作用。该学者也最早注意到，基础被弱化的水槽可允许结构整体发生摇摆，合理揭示了该构筑物在智利大地震中得以幸存的原因。此外，Housner还研究了摇摆质量块在自由激励下的结构周期与耗能能力，分别计算了质量块在恒定加速度、正弦波作用和水平地震作用下的抗倒塌力矩，分析模型如图1-2所示，从此大量科研工作者开始进行摇摆结构的研究。图1-2摇摆质量块计算模型[6]
?睿?蕴峁┦实钡幕指戳Γ?虼耍?该结构又称为竖向自复位结构。在地震作用下，释放部分约束的结构因侧移达到某个阈值而开始摇摆，结构中的自复位构件可让其恢复到初始位置，自复位结构的构造形式包括自复位梁柱节点和自复位柱脚节点，还可以在结构体系的适当位置布设可更换的耗能构件，通过该构件的塑性变形消耗地震能量，从而保护主体结构不受损伤，增强结构的功能可恢复性，地震作用后基本不会影响整体结构的原有功能，这类结构即为带有可更换耗能元件的摇摆结构。1.2.2摇摆墙结构摇摆柱、连续摇摆柱以及摇摆墙结构如图1-3所示，其中，摇摆柱与主体结构、摇摆墙与主体结构之间均采用铰接，通常摇摆结构抗弯刚度都比较大，在地震作用下能够保证处于弹性范围内，因此摇摆结构的竖向变形更加均匀，可有效避免薄弱层失效机制的出现[7]。a)摇摆柱b)连续摇摆柱c)摇摆墙图1-3摇摆柱及摇摆墙结构体系[7]曹海韵[8]采用附加摇摆墙的方式对一栋6层高的钢筋混凝土框架结构进行加固改造，采用SAP2000分析软件对沿结构全高和半高布置的摇摆墙进行了弹塑性时程对比分析，分析模型如图1-4所示，证明了沿全高布置的摇摆墙可以有效避免薄弱层破坏，相比于传统结构，该结构的抗震性能更好。沿结构半高布置的摇摆墙可以防止结构底部出现薄弱层，但在半高处结构楼层位移易发生突变，并且整体抗震效果没有沿结构全高布置的结构好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]摇摆桁架-钢框架结构的刚度比需求及地震响应分析[J]. 贾明明,周洲,吕大刚,杨宁. 工程力学. 2018(10)
[2]近场地震动作用下复合自复位结构考虑残余位移的性能评估[J]. 武大洋,吕西林. 土木工程学报. 2018(01)
[3]从16届世界地震工程大会看可恢复功能抗震结构研究趋势[J]. 吕西林,全柳萌,蒋欢军. 地震工程与工程振动. 2017(03)
[4]柱脚可抬起的连柱钢支撑结构抗震性能研究[J]. 刘尚,赵宝成. 工程抗震与加固改造. 2017(03)
[5]可恢复功能的装配式预应力钢框架拟动力试验研究[J]. 张爱林,张艳霞,赵微,费晨超. 振动与冲击. 2016(05)
[6]模拟有效预应力的等效荷载-实体力筋降温法[J]. 何琳,王家林. 公路交通科技. 2015(11)
[7]基于应力三轴度的钢框架循环加载损伤分析[J]. 周天华,李文超,管宇,白亮. 工程力学. 2014(07)
[8]自复位平面钢框架推覆分析[J]. 张艳霞,叶吉健,赵微,李瑞,刘学春. 地震研究. 2014(03)
[9]基于刚度需求设计的轻型消能摇摆架减震性态分析[J]. 杜永峰,武大洋. 土木工程学报. 2014(01)
[10]基于多尺度模型的钢框架抗震性能分析[J]. 石永久,王萌,王元清. 工程力学. 2011(12)
博士论文
[1]强烈地震作用下钢框架的损伤退化行为[D]. 王萌.清华大学 2013
硕士论文
[1]带弹簧可抬起柱脚的连柱支撑钢结构抗震性能研究[D]. 李锋.苏州科技大学 2019
[2]采用摇摆桁架和BRB的钢框架结构地震失效模式优化与控制[D]. 杨宁.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于改进I-K塑性铰恢复力模型的RC框架抗震性能分析[D]. 徐文显.哈尔滨工业大学 2013
[4]防屈曲支撑钢框架的抗地震倒塌与抗连续倒塌能力分析[D]. 张辉.哈尔滨工业大学 2012
[5]高强螺栓拼接节点的耗能机理研究[D]. 胡安吉.苏州科技学院 2009
本文编号：3314876
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文采用新型柱脚节点的摇摆桁架—钢框架结构
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-图1-1本文采用新型柱脚节点的摇摆桁架—钢框架结构1.2摇摆结构体系研究现状1.2.1摇摆结构的起源1963年Housner[6]通过调研首次发现，建筑结构在大地震作用下的向上抬升行为，对结构自身可起到很好的保护作用。该学者也最早注意到，基础被弱化的水槽可允许结构整体发生摇摆，合理揭示了该构筑物在智利大地震中得以幸存的原因。此外，Housner还研究了摇摆质量块在自由激励下的结构周期与耗能能力，分别计算了质量块在恒定加速度、正弦波作用和水平地震作用下的抗倒塌力矩，分析模型如图1-2所示，从此大量科研工作者开始进行摇摆结构的研究。图1-2摇摆质量块计算模型[6]
?睿?蕴峁┦实钡幕指戳Γ?虼耍?该结构又称为竖向自复位结构。在地震作用下，释放部分约束的结构因侧移达到某个阈值而开始摇摆，结构中的自复位构件可让其恢复到初始位置，自复位结构的构造形式包括自复位梁柱节点和自复位柱脚节点，还可以在结构体系的适当位置布设可更换的耗能构件，通过该构件的塑性变形消耗地震能量，从而保护主体结构不受损伤，增强结构的功能可恢复性，地震作用后基本不会影响整体结构的原有功能，这类结构即为带有可更换耗能元件的摇摆结构。1.2.2摇摆墙结构摇摆柱、连续摇摆柱以及摇摆墙结构如图1-3所示，其中，摇摆柱与主体结构、摇摆墙与主体结构之间均采用铰接，通常摇摆结构抗弯刚度都比较大，在地震作用下能够保证处于弹性范围内，因此摇摆结构的竖向变形更加均匀，可有效避免薄弱层失效机制的出现[7]。a)摇摆柱b)连续摇摆柱c)摇摆墙图1-3摇摆柱及摇摆墙结构体系[7]曹海韵[8]采用附加摇摆墙的方式对一栋6层高的钢筋混凝土框架结构进行加固改造，采用SAP2000分析软件对沿结构全高和半高布置的摇摆墙进行了弹塑性时程对比分析，分析模型如图1-4所示，证明了沿全高布置的摇摆墙可以有效避免薄弱层破坏，相比于传统结构，该结构的抗震性能更好。沿结构半高布置的摇摆墙可以防止结构底部出现薄弱层，但在半高处结构楼层位移易发生突变，并且整体抗震效果没有沿结构全高布置的结构好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]摇摆桁架-钢框架结构的刚度比需求及地震响应分析[J]. 贾明明,周洲,吕大刚,杨宁. 工程力学. 2018(10)
[2]近场地震动作用下复合自复位结构考虑残余位移的性能评估[J]. 武大洋,吕西林. 土木工程学报. 2018(01)
[3]从16届世界地震工程大会看可恢复功能抗震结构研究趋势[J]. 吕西林,全柳萌,蒋欢军. 地震工程与工程振动. 2017(03)
[4]柱脚可抬起的连柱钢支撑结构抗震性能研究[J]. 刘尚,赵宝成. 工程抗震与加固改造. 2017(03)
[5]可恢复功能的装配式预应力钢框架拟动力试验研究[J]. 张爱林,张艳霞,赵微,费晨超. 振动与冲击. 2016(05)
[6]模拟有效预应力的等效荷载-实体力筋降温法[J]. 何琳,王家林. 公路交通科技. 2015(11)
[7]基于应力三轴度的钢框架循环加载损伤分析[J]. 周天华,李文超,管宇,白亮. 工程力学. 2014(07)
[8]自复位平面钢框架推覆分析[J]. 张艳霞,叶吉健,赵微,李瑞,刘学春. 地震研究. 2014(03)
[9]基于刚度需求设计的轻型消能摇摆架减震性态分析[J]. 杜永峰,武大洋. 土木工程学报. 2014(01)
[10]基于多尺度模型的钢框架抗震性能分析[J]. 石永久,王萌,王元清. 工程力学. 2011(12)
博士论文
[1]强烈地震作用下钢框架的损伤退化行为[D]. 王萌.清华大学 2013
硕士论文
[1]带弹簧可抬起柱脚的连柱支撑钢结构抗震性能研究[D]. 李锋.苏州科技大学 2019
[2]采用摇摆桁架和BRB的钢框架结构地震失效模式优化与控制[D]. 杨宁.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于改进I-K塑性铰恢复力模型的RC框架抗震性能分析[D]. 徐文显.哈尔滨工业大学 2013
[4]防屈曲支撑钢框架的抗地震倒塌与抗连续倒塌能力分析[D]. 张辉.哈尔滨工业大学 2012
[5]高强螺栓拼接节点的耗能机理研究[D]. 胡安吉.苏州科技学院 2009
本文编号：3314876
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3314876.html
