利用柱腹板屈曲后强度钢框架抗震性能研究
发布时间:2018-05-27 04:22
本文选题:轻钢框架 + 抗震性能 ; 参考:《大连理工大学》2013年博士论文
【摘要】:钢结构建筑被誉为21世纪的“绿色建筑”之一,是一种节能环保、能够循环使用的结构,符合我国建筑结构可持续发展的要求。轻钢结构作为钢结构的一个独立分支,较多的被应用于轻型门式钢架结构等单层结构上,随着《轻型钢结构住宅技术规程》JGJ209-2010的实施,越来越多的轻钢结构被应用于多层住宅、办公楼等民用与公用建筑上但规程规定当框架柱轴压比较大时仍按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中的规定执行,这就使得轻钢结构失去其优势。为确保轻钢框架柱在高轴压比下仍具有较好的抗震性能,对轻钢框架的抗震性能进行分析,提出轻钢框架薄弱部位的加强措施及方法,从而使轻钢结构在利用柱屈曲后强度的前提下通过薄弱部位的加强能够使之符合抗震区的抗震要求,是本文研究的主要目的。本文主要的研究工作与取得成果如下: (1)对三个利用柱腹板屈曲后强度的轻钢平面框架进行了低周反复荷载作用下的试验研究,并开发了基于Abaqus软件包的轻钢框架非线性有限元仿真程序。在经过试验结果验证有效的前提下,运用该有限元程序深入系统地研究了钢框架的受力全过程和破坏模式;分析了其滞回曲线、变形与延性性能、耗能能力;最后从理论上研究了节点域的破坏过程和柱脚的破坏机理。 (2)从理论上分析了利用柱腹板屈曲后强度轻钢框架的节点域剪切变形对其侧移刚度的影响;针对其即使采用了现行规范所规定的方法对节点域进行加强但仍然产生较大的节点域剪切变形的问题,运用开发的有限元程序深入系统地研究了加强型边节点的抗震性能;分析了不同加强方式下轻钢框架边节点域的抗震性能和破坏模式;提出并合理的边节点域板的板件厚度不宜大于(hc+hh)/65。 (3)对两个利用柱腹板屈曲后强度的轻钢框架中节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究,并运用非线性有限元程序进行仿真。在经过试验结果验证有效的前提下,针对在较大轴压比下,利用柱腹板屈曲后强度轻钢框架节点域附近柱端出现屈曲现象,运用该有限元程序系统深入地研究了贯穿式腹板加强及翼缘加强方法对中节点承载力及抗震性能影响;分析其滞回曲线、变形与延性性能、耗能能力,从理论上研究了不同参数对上述性能的影响,从而提出了合理有效的中节点加强方式及方法。 (4)利用本文上述研究所取得的成果,对轻钢框架的边、中节点域进行加强,深入系统研究了不同柱腹板高厚比对该类轻钢框架的抗震性能及承载能力的影响。研究发现,采用加强型节点的轻钢框架其承载能力有了较大的提升,在保持较好的震性能的同时,有效的降低了结构的侧移变形。此外,以延性系数为基本定量的衡量指标,拟合了延性系数与柱腹板高厚比间的关系曲线,建立了在轴压比为0.4时抗震等级为四级时的柱高厚比理论建议值为57,为轻钢框架柱的设计提供了理论参考。 总之,本文提出的轻钢框架加强型节点满足我国抗震设计规范的要求,给出的节点加强型轻钢框架利用屈曲后强度的柱腹板高厚比限值,即满足了抗震设计的要求又降低了结构钢材的用量,节约了成本,为轻钢框架今后在抗震地区的使用提供了技术支持。
[Abstract]:The structure of steel structure is regarded as one of the " green buildings " in the 21st century . It is a kind of energy - saving and environment - friendly , and can be recycled . As a separate branch of steel structure , light steel structure is applied to civil and public buildings such as multi - storey houses and office buildings .
( 1 ) The experimental research on the low - cycle repeated loading of three light steel plane frames with post - buckling strength of column webs is carried out , and the nonlinear finite element simulation program of light steel frame based on Abaqus software package is developed .
( 2 ) The influence of the shear deformation on the lateral stiffness of the steel frame with post - web buckling strength after buckling is analyzed theoretically .
Finally , the damage process of the node domain and the damage mechanism of the column are studied theoretically .
The hysteretic curve , deformation and ductility and energy consumption are analyzed .
Aiming at the problem of strengthening the node domain even though the method specified in the current specification is adopted , the problem of large node domain shearing deformation is still generated , and the seismic performance of the reinforced edge node is systematically studied by using the developed finite element program ;
In this paper , the seismic behavior and failure mode of the edge node area of light steel frame under different strengthening modes are analyzed .
It is suggested that the plate thickness of edge node domain plate should not be greater than ( hc + hh ) / 65 .
( 3 ) In the light steel frame subjected to the post - buckling strength of two column webs , the experimental study is carried out under low - cycle repeated load , and the nonlinear finite element program is used to simulate . Under the condition of large axial compression ratio , the influence of reinforced and flange strengthening methods on the bearing capacity and seismic performance of the middle node is studied . The influence of different parameters on the performance is studied theoretically .
( 4 ) Using the results obtained by the above research institute , the influence of the height - thickness ratio of different column webs on the seismic performance and bearing capacity of the light steel frame is studied .
In conclusion , the light steel frame reinforced node proposed in this paper meets the requirements of the seismic design specifications in China . The node - reinforced lightweight steel frame is used to meet the requirement of post - buckling strength post - web height - to - thickness ratio , that is , the requirement of seismic design is met , the amount of structural steel is reduced , the cost is saved , and the technical support is provided for the use of light steel frame in earthquake - resistant area in the future .
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU391;TU352.11
【参考文献】
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,本文编号:1940403
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