基于OpenSees的自复位中心支撑钢框架结构抗震性能分析研究

发布时间：2020-11-01 05:47

　　框架结构由梁柱连接而成,自重较轻,整体性较好,广泛应用于现代民用建筑和工业建筑。对于钢框架结构来说,支撑框架是常用的结构形式,而传统支撑钢框架在地震作用下通常会产生较大残余变形,在支撑屈服与框架结构破坏之前刚度较大,屈服以后刚度下降明显,变形能力较差。针对传统中心支撑钢框架结构的这些缺点,自复位中心支撑钢框架(SC-CBF)成为近年来发展研究的热点,该体系主要通过在传统结构中采用特殊耗能构件、增加预应力筋、增设阻尼器或者对柱脚与节点进行放松等方式使之成为具有自复位能力的结构,通过这些方式可以有效减小结构在地震中产生的残余变形,增加结构的侧移能力,提高结构的抗震性能,使结构具有更高的安全性。本文以此为背景,研究了自复位中心支撑钢框架结构的抗震性能,主要研究内容如下:(1)运用OpenSees有限元分析软件进行推覆分析,识别了框架柱消压、预应力筋屈服等四个极限状态,并研究了各极限状态下SC-CBF结构的力学行为特征;(2)依据国内外相关抗震理论与研究,探讨了自复位中心支撑钢框架结构基于性能的抗震设计方法,采用该方法设计了一幢SC-CBF结构并对其进行了抗震性能分析;(3)利用OpenSees对SC-CBF结构进行了静力弹塑性分析、低周往复加载分析以及动力时程分析,评估了该设计结构的抗震性能;(4)通过分析不同参数、不同构型的SC-CBF结构,研究了不同GAP单元刚度、不同预应力筋截面面积以及不同预应力筋布置位置对框架结构抗震性能的影响规律。研究分析结果表明,与传统中心支撑钢框架相比,自复位中心支撑钢框架结构具有良好的复位能力,震后几乎没有残余变形,基底剪力响应也比传统支撑钢框架小,表现出更好的抗震性能;在进行参数变化时要根据结构整体受力机理进行设计;构型的不同对结构的侧移能力、复位效果影响较大。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU391;TU352.11
【部分图文】：

框架图,摩擦型,预制混凝土,阻尼器

震后基本没有残余变形。2015 年，高文俊与吕西林[25]采用 OpenSee验模型框架进行了数值模拟，并针对柱脚节点与梁柱节点提出了较为有2015 年，鲁亮等[26]根据节点静力试验所识别的参数，利用有限元方法凝土框架结构的抗震性能进行了非线性时程分析，分析表明，数值模拟验结果吻合良好。2014~2015 年，蔡小宁等[27-30]对新型自复位预应力预节点）（图 1.8，图 1.9）与现浇框架中节点进行了试验研究，研究了半应力框架结构抗震性能的影响。2015 年，邹昀等[31]运用有限元软件 AB自复位功能的预制混凝土框架节点进行了单调加载与低周往复荷载的了节点预应力筋的张拉应力、预应力筋的数量、节点配筋率等参数对节响。2016 年，刘家亮与徐福泉[32]通过试验，研究了自复位混凝土框架，结果表明：该类节点抗剪承载力与构件连接面尺寸关系不大，而预应点抗剪承载力影响较大。张预应力锚梁无粘结后张预应力筋约束混凝土基础摩擦阻尼器

位移曲线,预拉力,钢绞线,水平力

图 1.11 钢绞线预拉力与水平力与位移曲线图 1.12 钢绞线数量对钢框架性能的影响1.2.4 自复位支撑钢框架结构2006 年，Sause 等[48]提出自复位中心支撑钢框架结构体系，通过采用动力时程分析法与静力非线性分析法评估了三种 SC-CBFs 构型的抗震性能，研究表明，该自复位体系能够提供充足的非线性侧移能力并能减小残余侧移。2008 年，Tremblay 等[49, 50]进行了防屈曲支撑钢框架与自复位耗能支撑(SCED)钢框架抗震性能的研究，研究表明，SCED 框架比防屈曲支撑框架具有更小的残余变形与较小的峰值层间侧移。2008 年，Christopoulos 等[51]提出一种新型自复位耗能钢支撑体系（图 1.13），该体系能够提供稳定的耗能能力与恢复力，并且在经历较大的轴向变形后也不引起结构损伤。2016 年，Mehdei 等[52]为了利用自复位中心支撑框架(SC-CBF)的延性与传统中心支撑框架(CBF)的经济性，提出了一种新颖的双系统结构（图 1.14），即上面的楼层采用传统 CBF，在抵抗侧向力的较低楼层采用 SC-CBF，研究表明，双系统结构比传统 CBF 结构有更好的

位移曲线,钢框架,钢绞线,自复位