防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能及设计方法研究
发布时间：2024-03-12 04:11
混凝土框架结构作为我国建筑结构主要的结构体系,具有应用灵活,经济效益好等特点。然而,许多震害表明,在地震作用下,混凝土框架结构由于其抗侧刚度有限,容易产生较大侧向变形甚至发生整体倒塌或局部压溃破坏。此外,在我国存在大量的既有混凝土框架结构,由于建造时抗震设防水平较低、使用功能改变和结构耐久性退化等原因,导致其抗震性能不足,在地震作用下结构容易产生严重的破坏甚至发生倒塌,对人类生命财产造成极大的威胁。因此,无论是对于新建还是既有混凝土框架结构,亟需相应的措施提高其抗震性能以满足我国现行抗震规范的相关要求。防屈曲支撑混凝土框架结构作为一种新兴的结构体系,在地震作用下利用防屈曲支撑耗散大量的地震输入能量,保持主体框架结构稳定的抗震性能,在实际工程中的应用越来越广泛。防屈曲支撑混凝土框架结构具有显著和突出的性能优势,防屈曲支撑能显著提高结构的刚度和承载力,改善结构整体抗震性能,通过本身的塑性变形耗散大部分的地震能量,从而大幅度降低了地震作用下主体框架结构的破坏,且防屈曲支撑在拉压荷载作用下均能发生屈服的力学性能有效解决了普通支撑中存在的压曲问题。但是目前对于防屈曲支撑框架结构的研究主要是针对防...
【文章页数】：204 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 防屈曲支撑构件研究进展
1.3 钢支撑框架结构研究现状
1.3.1 普通支撑框架结构的研究现状
1.3.2 防屈曲支撑框架结构的研究现状
1.4 防屈曲支撑在工程中的应用
1.5 防屈曲支撑框架结构体系的抗震设计分析方法
1.5.1 防屈曲支撑结构体系已有的设计方法
1.5.2 基于力的“两阶段”设计方法
1.5.3 基于位移的设计方法
1.5.4 基于能量的设计方法
1.5.5 基于损伤能量分配的设计方法
1.5.6 基于剪力比的设计方法
1.6 主要研究内容
1.6.1 现有研究的不足
1.6.2 本文主要研究内容
2 防屈曲支撑抗震性能研究
2.1 引言
2.2 防屈曲支撑的工作原理
2.2.1 防屈曲支撑承载力
2.2.2 防屈曲支撑的稳定性
2.3 防屈曲支撑滞回性能试验研究
2.3.1 承载力分析
2.3.2 稳定性分析
2.3.3 滞回性能分析
2.3.4 抗震性能指标
2.4 本章小结
3 防屈曲支撑框架结构抗震性能试验
3.1 试验目的
3.2 试验概述
3.3 试件设计
3.3.1 框架设计
3.3.2 连接部位设计
3.4 预应力钢带布置
3.5 试验方法
3.5.1 加载制度和加载装置
3.5.2 测量装置布置
3.6 试验现象
3.6.1 混凝土框架
3.6.2 防屈曲单斜支撑框架
3.6.3 防屈曲偏心支撑框架
3.6.4 防屈曲中心支撑框架
3.7 本章小结
4 防屈曲支撑框架结构抗震性能试验结果分析
4.1 引言
4.2 混凝土框架
4.2.1 滞回曲线和骨架曲线
4.2.2 承载力和刚度
4.2.3 延性和耗能
4.2.4 等效粘滞阻尼系数
4.3 防屈曲单斜支撑框架
4.3.1 滞回曲线和骨架曲线
4.3.2 承载力和刚度
4.3.3 延性和耗能
4.3.4 等效粘滞阻尼系数
4.4 防屈曲偏心支撑框架
4.4.1 滞回曲线和骨架曲线
4.4.2 承载力和刚度
4.4.3 延性和耗能
4.4.4 等效粘滞阻尼系数
4.5 防屈曲中心支撑框架
4.5.1 滞回曲线和骨架曲线
4.5.2 承载力和刚度
4.5.3 延性和耗能
4.5.4 等效粘滞阻尼系数
4.6 试验结果对比分析
4.6.1 滞回曲线和骨架曲线
4.6.2 承载力和刚度
4.6.3 延性和耗能
4.6.4 试件层间位移角
4.7 试件损伤分析对比
4.7.1 地震损伤参数计算
4.7.2 地震损伤模型
4.7.3 支撑形式对结构损伤的影响
4.8 本章小结
5 防屈曲支撑框架结构非线性分析
5.1 引言
5.2 模型建立
5.2.1 ABAQUS
5.2.2 OpenSees
5.3 有限元计算结果和试验结果对比分析
5.3.1 混凝土框架
5.3.2 防屈曲单斜支撑混凝土框架
5.3.3 防屈曲偏心支撑混凝土框架
5.3.4 防屈曲中心支撑混凝土框架
5.4 参数分析
5.4.1 轴压比
5.4.2 抗侧刚度比
5.4.3 耗能梁段长度
5.4.4 支撑布置方式
5.5 防屈曲支撑框架结构动力反应分析
5.6 本章小结
6 防屈曲支撑框架抗震设计方法研究
6.1 引言
6.2 防屈曲支撑框架结构体系
6.2.1 防屈曲支撑布置方式
6.2.2 防屈曲支撑框架结构抗侧刚度
6.2.3 防屈曲支撑对内力分布的影响
6.2.4 防屈曲支撑框架体系的的附加刚度计算
6.3 防屈曲支撑-框架结构体系的减震原理
6.3.1 弹性阶段防屈曲支撑的附加阻尼比计算
6.3.2 弹塑性阶段防屈曲支撑的附加阻尼比计算
6.3.3 防屈曲支撑附加有效阻尼比的影响因素
6.3.4 多自由度体系的附加阻尼比计算
6.4 直接基于位移的防屈曲支撑框架抗震性能设计
6.4.1 多自由度体系的等效过程
6.4.2 弹塑性位移反应谱
6.4.3 设计流程
6.5 算例
6.5.1 模型概况
6.5.2 计算取值过程
6.5.3 非线性动力分析
6.6 本章小结
7 实际工程案例分析
7.1 引言
7.2 工程模型的建立
7.2.1 工程背景概况
7.2.2 分析模型的建立
7.3 地震波选取
7.4 模型结构动力响应分析
7.4.1 无支撑模型结构动力响应分析
7.4.2 带支撑模型结构动力响应分析
7.5 不同抗侧刚度比对于减震效果的影响
7.5.1 层间位移角的变化规律
7.5.2 层间剪力的变化规律
7.5.3 附加阻尼比的变化规律
7.6 不同耗能梁段长度对于减震效果的影响
7.6.1 层间位移角的变化规律
7.6.2 层间剪力的变化规律
7.6.3 附加阻尼比的变化规律
7.7 本章小结
结论与展望
主要结论
展望
参考文献
致谢
附录
附录一：攻读博士学位期间发表及投递的学术论文
附录二：攻读博士学位期间参与的项目
本文编号：3926521
【文章页数】：204 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 防屈曲支撑构件研究进展
1.3 钢支撑框架结构研究现状
1.3.1 普通支撑框架结构的研究现状
1.3.2 防屈曲支撑框架结构的研究现状
1.4 防屈曲支撑在工程中的应用
1.5 防屈曲支撑框架结构体系的抗震设计分析方法
1.5.1 防屈曲支撑结构体系已有的设计方法
1.5.2 基于力的“两阶段”设计方法
1.5.3 基于位移的设计方法
1.5.4 基于能量的设计方法
1.5.5 基于损伤能量分配的设计方法
1.5.6 基于剪力比的设计方法
1.6 主要研究内容
1.6.1 现有研究的不足
1.6.2 本文主要研究内容
2 防屈曲支撑抗震性能研究
2.1 引言
2.2 防屈曲支撑的工作原理
2.2.1 防屈曲支撑承载力
2.2.2 防屈曲支撑的稳定性
2.3 防屈曲支撑滞回性能试验研究
2.3.1 承载力分析
2.3.2 稳定性分析
2.3.3 滞回性能分析
2.3.4 抗震性能指标
2.4 本章小结
3 防屈曲支撑框架结构抗震性能试验
3.1 试验目的
3.2 试验概述
3.3 试件设计
3.3.1 框架设计
3.3.2 连接部位设计
3.4 预应力钢带布置
3.5 试验方法
3.5.1 加载制度和加载装置
3.5.2 测量装置布置
3.6 试验现象
3.6.1 混凝土框架
3.6.2 防屈曲单斜支撑框架
3.6.3 防屈曲偏心支撑框架
3.6.4 防屈曲中心支撑框架
3.7 本章小结
4 防屈曲支撑框架结构抗震性能试验结果分析
4.1 引言
4.2 混凝土框架
4.2.1 滞回曲线和骨架曲线
4.2.2 承载力和刚度
4.2.3 延性和耗能
4.2.4 等效粘滞阻尼系数
4.3 防屈曲单斜支撑框架
4.3.1 滞回曲线和骨架曲线
4.3.2 承载力和刚度
4.3.3 延性和耗能
4.3.4 等效粘滞阻尼系数
4.4 防屈曲偏心支撑框架
4.4.1 滞回曲线和骨架曲线
4.4.2 承载力和刚度
4.4.3 延性和耗能
4.4.4 等效粘滞阻尼系数
4.5 防屈曲中心支撑框架
4.5.1 滞回曲线和骨架曲线
4.5.2 承载力和刚度
4.5.3 延性和耗能
4.5.4 等效粘滞阻尼系数
4.6 试验结果对比分析
4.6.1 滞回曲线和骨架曲线
4.6.2 承载力和刚度
4.6.3 延性和耗能
4.6.4 试件层间位移角
4.7 试件损伤分析对比
4.7.1 地震损伤参数计算
4.7.2 地震损伤模型
4.7.3 支撑形式对结构损伤的影响
4.8 本章小结
5 防屈曲支撑框架结构非线性分析
5.1 引言
5.2 模型建立
5.2.1 ABAQUS
5.2.2 OpenSees
5.3 有限元计算结果和试验结果对比分析
5.3.1 混凝土框架
5.3.2 防屈曲单斜支撑混凝土框架
5.3.3 防屈曲偏心支撑混凝土框架
5.3.4 防屈曲中心支撑混凝土框架
5.4 参数分析
5.4.1 轴压比
5.4.2 抗侧刚度比
5.4.3 耗能梁段长度
5.4.4 支撑布置方式
5.5 防屈曲支撑框架结构动力反应分析
5.6 本章小结
6 防屈曲支撑框架抗震设计方法研究
6.1 引言
6.2 防屈曲支撑框架结构体系
6.2.1 防屈曲支撑布置方式
6.2.2 防屈曲支撑框架结构抗侧刚度
6.2.3 防屈曲支撑对内力分布的影响
6.2.4 防屈曲支撑框架体系的的附加刚度计算
6.3 防屈曲支撑-框架结构体系的减震原理
6.3.1 弹性阶段防屈曲支撑的附加阻尼比计算
6.3.2 弹塑性阶段防屈曲支撑的附加阻尼比计算
6.3.3 防屈曲支撑附加有效阻尼比的影响因素
6.3.4 多自由度体系的附加阻尼比计算
6.4 直接基于位移的防屈曲支撑框架抗震性能设计
6.4.1 多自由度体系的等效过程
6.4.2 弹塑性位移反应谱
6.4.3 设计流程
6.5 算例
6.5.1 模型概况
6.5.2 计算取值过程
6.5.3 非线性动力分析
6.6 本章小结
7 实际工程案例分析
7.1 引言
7.2 工程模型的建立
7.2.1 工程背景概况
7.2.2 分析模型的建立
7.3 地震波选取
7.4 模型结构动力响应分析
7.4.1 无支撑模型结构动力响应分析
7.4.2 带支撑模型结构动力响应分析
7.5 不同抗侧刚度比对于减震效果的影响
7.5.1 层间位移角的变化规律
7.5.2 层间剪力的变化规律
7.5.3 附加阻尼比的变化规律
7.6 不同耗能梁段长度对于减震效果的影响
7.6.1 层间位移角的变化规律
7.6.2 层间剪力的变化规律
7.6.3 附加阻尼比的变化规律
7.7 本章小结
结论与展望
主要结论
展望
参考文献
致谢
附录
附录一：攻读博士学位期间发表及投递的学术论文
附录二：攻读博士学位期间参与的项目
本文编号：3926521
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