带耗能梁段斜交网格体系抗震性能与地震力折减系数谱
发布时间：2020-07-22 07:48
【摘要】：高层斜交网格结构能够充分地利用结构构件的性能,减少材料用量和建设成本,成为高层建筑结构领域最受欢迎的新兴结构形式之一。高层斜交网格结构的研究集中于弹性阶段的受力特性、影响因素、网格计算理论、斜交角度和复杂节点等方面,而对地震作用下的性能研究还不够完善。传统斜交网格结构的消能能力和延性十分有限,一旦结构超出弹性范围,容易出现严重破坏,带来巨额修复成本。对斜交网格等弯曲型结构的地震力折减系数谱的研究也较为匮乏。因此,提升高层斜交网格结构的抗震性能和进一步研究弯曲型结构的地震力折减系数是非常必要的。本文旨在提升高层斜交网格结构抗震性能和安全性,研发新型斜交网格耗能机制和基于性能的高层斜交网格抗震设计方法,研究基于转角延性和曲率延性的弯曲型结构地震力折减系数谱,最终使高层斜交网格结构可广泛应用于高烈度地震设防区。主要研究工作如下:(1)设计一座位于洛杉矶市的30层传统斜交网格结构,建立详细的OpenSees分析模型,有效地模拟斜撑动力弹塑性失稳和失稳后的结构行为,对结构进行非线性静力(推覆)分析和动力时程分析以研究其耗能能力和动力特性,基于FEMAP695评估方法对其进行抗倒塌性能评估。(2)提出新型单防线带耗能梁段高层斜交网格结构体系,建立基于性能的单防线带耗能梁段斜交网格结构塑性设计方法,设计一座位于洛杉矶市的单防线高层斜交网格结构,进行非线性静力(推覆)和动力时程分析以验证新型耗能机制及设计方法的有效性,基于FEMAP695评估方法对新型单防线带耗能梁段高层斜交网格结构进行抗倒塌性能评估。(3)提出具有三线性荷载-位移相关关系的新型双防线带耗能梁段高层斜交网格结构体系。在基于等效能量的塑性设计方法的基础上,提出高阶振型能量修正系数,建立双防线带耗能梁段高层斜交网格结构塑性设计方法,设计一座位于洛杉矶市的双防线高层斜交网格结构以验证双防线耗能机制与性能水平,采用FEMAP695评估方法对所设计的结构进行抗倒塌性能评估。(4)采用双防线带耗能梁段高层斜交网格结构塑性设计方法设计3座位于洛杉矶市中心的24层斜交网格结构,斜交角度分别为54°、64°和70°,进行非线性静力(推覆)分析和非线性动力分析以研究斜交角度对新型斜交网格结构抗震性能的影响,采用FEMAP695评估方法研究斜交角度对新型斜交网格结构抗倒塌性能的影响。(5)为研究斜交网格等弯曲型结构的地震力折减系数谱,提出基于转角延性的非线性分析方法。引入地震力名义作用高度和带零长度弹簧单元的集中塑性计算模型,采用双周期标准化方法保持谱线峰值特征,研究结构基本周期、转角延性、断层距离、后期刚度系数和二阶振型等因素对弯曲型结构地震力折减系数谱的影响,建立转角延性与位移延性的相关关系,建立基于转角延性的弯曲型结构地震力折减系数和二阶振型影响指数简化计算公式,并应用于高层斜交网格抗震设计中。(6)提出基于曲率延性的非线性分析方法,研究结构基本周期、曲率延性、刚度比、薄弱层和二阶振型等因素对弯曲型结构地震力折减系数谱的影响,建立曲率延性和位移延性的定量关系,建立基于曲率延性的弯曲型结构地震力折减系数和二阶振型影响指数简化计算公式,并对比基于转角延性和基于曲率延性的地震力折减系数,分析耗能模式对地震力影响系数的影响。(7)作为斜交网格建筑内部竖向承重体系的重要组成部分,提出一种新型花纹钢板做上翼缘的钢-混凝土组合楼面梁,可增加建筑内部空间并配合新型斜交网格进行快速施工。进行11个试件的试验研究以探究花纹钢板-混凝土界面的抗剪性能和花纹钢板做上翼缘的钢-混凝土组合楼面梁的抗弯性能,分析构件的破坏特征、荷载-位移曲线和应变分布形式,提出新型组合梁的钢-混凝土界面抗剪承载力计算方法。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU973.31
【图文】：
受压破坏和外鼓屈曲等严重破坏形式，复杂高层结构出现立面收进层和高位连体楼层逡逑的破坏，基础设施和生命线工程受到大面积损害，给灾后重建工程带来巨大困难逡逑图１．２为典型的高层建筑地震破坏。因此，为使绿色、高效和美观的斜交网格结构得逡逑到更为广泛的应用，提升斜交网格结构的抗震性能和增强其震后可恢复性是迫切需要逡逑解决的工程科学问题。逡逑地震力折减系数是结构抗震设计的关键参数［１＾］。在进行抗震设计时，采用弹性逡逑反应谱计算弹性地震力，而后通过地震力折减系数对弹性地震力进行折减，从而得到逡逑抗震设计基底剪力。目前地震力折减系数研究主要集中于剪切型结构，而对高层斜交逡逑网格等弯曲型结构的研究很少。高层斜交网格等弯曲型结构的抗侧力机制和变形特征逡逑与剪切型结构存在明显不同。剪切型结构的抗侧刚度主要由梁柱受弯变形提供，其侧逡逑向变形以剪切变形为主，层间相互作用较弱，而高层斜交网格等结构的侧向变形以弯逡逑曲变形为主，存在明显的层间相互作用。因此高层斜交网格结构的地震力折减系数和逡逑转角延性、曲率延性密切相关。为对高层斜交网格等弯曲型结构进行有效的抗震设计
第２章传统高层斜交网格体系抗倒塌性能评估逡逑２．１引言逡逑高层斜交网格结构是一种新颖高效的高层建筑结构体系，如图２．１所示。此建筑逡逑结构体系采用斜撑与横梁组成三角形结构单元，然后将三角形结构单元按一定方式排逡逑布成大型网格结构。每一个三角形结构单元竖向跨越多个楼层，多个水平连接的三角逡逑形结构单元形成一个结构层。与中心支撑框架类似，斜交网格结构多布置于结构外侧，逡逑通过斜撑的轴向变形传递竖向和侧向荷载。与传统框架外筒结构相比，斜交网格的结逡逑构形式有效地提高了结构抗侧效率，减小了高层筒状结构的剪力n锖笮вΓ郏玻肌Ｓ捎阱义闲苯煌窠峁共簧柚媒峁怪渫獗砻嬖煨妥杂啥却蟠筇岣摺ｅ义显诠サ氖曛校谕庋д叨愿卟阈苯煌窠峁菇辛私衔钊氲难芯俊８卟沐义闲苯煌窠峁沟难芯恐饕杏诮峁雇癫贾眉捌溆呕⒔峁股杓品椒ê徒诘愣π藻义夏苋龇矫妗Ｍ癫贾玫挠呕饕背徘憬堑挠呕＃停铮铮畹热耍郏玻撸玻菅芯苛隋澹叮安恪㈠义希矗膊愫停玻安阈苯煌窠峁棺钣判背徘憬恰Ｑ芯勘砻
本文编号：2765523
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU973.31
【图文】：
受压破坏和外鼓屈曲等严重破坏形式，复杂高层结构出现立面收进层和高位连体楼层逡逑的破坏，基础设施和生命线工程受到大面积损害，给灾后重建工程带来巨大困难逡逑图１．２为典型的高层建筑地震破坏。因此，为使绿色、高效和美观的斜交网格结构得逡逑到更为广泛的应用，提升斜交网格结构的抗震性能和增强其震后可恢复性是迫切需要逡逑解决的工程科学问题。逡逑地震力折减系数是结构抗震设计的关键参数［１＾］。在进行抗震设计时，采用弹性逡逑反应谱计算弹性地震力，而后通过地震力折减系数对弹性地震力进行折减，从而得到逡逑抗震设计基底剪力。目前地震力折减系数研究主要集中于剪切型结构，而对高层斜交逡逑网格等弯曲型结构的研究很少。高层斜交网格等弯曲型结构的抗侧力机制和变形特征逡逑与剪切型结构存在明显不同。剪切型结构的抗侧刚度主要由梁柱受弯变形提供，其侧逡逑向变形以剪切变形为主，层间相互作用较弱，而高层斜交网格等结构的侧向变形以弯逡逑曲变形为主，存在明显的层间相互作用。因此高层斜交网格结构的地震力折减系数和逡逑转角延性、曲率延性密切相关。为对高层斜交网格等弯曲型结构进行有效的抗震设计
第２章传统高层斜交网格体系抗倒塌性能评估逡逑２．１引言逡逑高层斜交网格结构是一种新颖高效的高层建筑结构体系，如图２．１所示。此建筑逡逑结构体系采用斜撑与横梁组成三角形结构单元，然后将三角形结构单元按一定方式排逡逑布成大型网格结构。每一个三角形结构单元竖向跨越多个楼层，多个水平连接的三角逡逑形结构单元形成一个结构层。与中心支撑框架类似，斜交网格结构多布置于结构外侧，逡逑通过斜撑的轴向变形传递竖向和侧向荷载。与传统框架外筒结构相比，斜交网格的结逡逑构形式有效地提高了结构抗侧效率，减小了高层筒状结构的剪力n锖笮вΓ郏玻肌Ｓ捎阱义闲苯煌窠峁共簧柚媒峁怪渫獗砻嬖煨妥杂啥却蟠筇岣摺ｅ义显诠サ氖曛校谕庋д叨愿卟阈苯煌窠峁菇辛私衔钊氲难芯俊８卟沐义闲苯煌窠峁沟难芯恐饕杏诮峁雇癫贾眉捌溆呕⒔峁股杓品椒ê徒诘愣π藻义夏苋龇矫妗Ｍ癫贾玫挠呕饕背徘憬堑挠呕＃停铮铮畹热耍郏玻撸玻菅芯苛隋澹叮安恪㈠义希矗膊愫停玻安阈苯煌窠峁棺钣判背徘憬恰Ｑ芯勘砻
本文编号：2765523
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