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带填充墙钢交错桁架结构的抗震性能研究

发布时间:2018-11-28 07:09
【摘要】:钢交错桁架结构体系的构件截面较小,填充墙对结构抗震性能的影响较大,有关的研究文献还未见发表。本文通过理论研究和数值分析探讨了填充墙对钢交错桁架结构抗震性能的影响,建立了用等效斜压杆代替填充墙的简化分析模型,给出了周期折减系数。研究了带填充墙钢交错桁架的抗震性能和屈服机制,指出了结构的薄弱杆件和薄弱层,提出了改善结构纵向屈服机制的抗震措施和有关填充墙及RC楼板的抗震构造设计建议,为我国正在编制完善的钢交错桁架结构体系设计规范提供技术参考。主要研究内容如下: (1)基于带填充墙钢框架结构的实验研究,验证了仿真分析方法的可靠性。根据在水平外力作用下填充墙的应力分布规律,借鉴有关研究文献,建立了将填充墙简化为RC等效斜压杆的简化分析模型。考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性,模拟填充墙与主体结构之间的钢筋连接及面面接触关系,对带填充墙钢交错桁架结构进行了数值模拟分析,验证了采用等效斜压杆模型进行结构非线性分析的可行性。 (2)提出了计取填充墙的刚度影响,带填充墙钢交错桁架结构周期折减系数的取值范围。通过对多个结构模型进行模态分析,研究了填充墙对钢交错桁架结构的自振周期及振型的影响。检验了等效斜压杆模型用于带填充墙钢交错桁架结构,进行模态分析的适用性。 (3)研究了带填充墙钢交错桁架结构在多遇地震作用下的抗震性能,提出了对结构底层进行抗震加强设计的建议。建立了多个带填充墙钢交错桁架结构的有限元模型,通过对钢交错桁架结构进行振型分解反应谱法和动力时程分析,比较了将填充墙用有限单元法分析、用等效斜压杆模型和不计填充墙的刚度进行分析的结构楼层顶点位移、层间位移角及基底剪力等分析结果,对钢交错桁架结构受填充墙影响的抗震性能进行了评价。 (4)研究了带填充墙钢交错桁架结构体系的抗震能力及屈服机制,提出了改善结构纵向屈服机制的措施。通过对结构进行能力谱分析,研究了与性能点相对应的结构顶点位移同抗震目标位移的关系,对结构横向及纵向的抗震能力进行了评估。通过对结构杆件的相对刚度设计是否合理、结构的整体安全性及结构整体塑性变形能力的研究,根据带填充墙钢交错桁架结构的塑性铰出铰顺序、铰的状态、塑性铰的分布规律及屈服机制,指出结构的薄弱构件及薄弱层。提出了在结构的纵向布置柱间支撑、增加底层钢柱的刚度及强度,有效改善结构屈服机制的建议。 (5)分析了填充墙对结构抗震性能的有利作用,结合工程设计及施工实践中的通常做法和结构使用过程中存在的墙体出平面稳定及装修维护等问题,对于带填充墙钢交错桁架结构提出了填充墙与主体结构连接的抗震构造设计要求。针对RC楼板是钢交错桁架结构纵向连接的重要构件,分析了填充墙对RC楼板在结构受力过程中的影响,提出了在结构设计中加强RC楼板局部配筋的抗震设计要求。
[Abstract]:The cross-section of the structural system of the steel staggered frame structure is small, the effect of the filling wall on the seismic performance of the structure is large, and the relevant research documents have not yet been published. In this paper, the influence of filling wall on the anti-seismic performance of steel staggered frame structure is discussed through theoretical research and numerical analysis, and a simplified analytical model of the filling wall is established by using the equivalent oblique pressure rod, and the periodic reduction coefficient is given. In this paper, the anti-seismic performance and the yield mechanism of the staggered steel frame with filled wall are studied, and the weak rod and weak layer of the structure are pointed out. The anti-seismic measures for improving the longitudinal yield mechanism of the structure and the design suggestions on the seismic structure of the filling wall and the RC floor are put forward. In order to provide the technical reference for the design of the structure system of the steel staggered frame structure in China. The main contents of the study are as follows: (1) Based on the experimental study of the steel frame structure with filled wall, the reliability of the simulation analysis method is verified. Based on the law of the stress distribution of the filling wall under the influence of the horizontal external force, the simplified analytical model for simplifying the filling wall into the RC equivalent oblique pressure rod is established based on the research literature. In this paper, considering the non-linear, geometric non-linear and contact non-linearity of the material, the relationship between the reinforcement and the surface contact between the filling wall and the main structure is simulated, and the numerical simulation of the staggered frame structure with the filling wall is carried out. In this paper, it is proved that the structure non-linear analysis is feasible by using the equivalent oblique compression rod model. (2) The influence of the stiffness of the filling wall is put forward, and the coefficient of the structural period of the steel interlaced frame with the filling wall is taken as the reduction factor. The self-vibration period and the vibration mode of the filling wall to the steel staggered frame structure are studied by modal analysis of a plurality of structural models. The effect of the equivalent oblique compression bar model on the structure of the staggered frame with filled wall steel is tested and the modal analysis is carried out. applicability. (3) The anti-seismic performance of the staggered frame structure with filled wall steel under the action of multiple earthquake is studied, and the seismic strengthening of the bottom of the structure is put forward. In this paper, the finite element model of the structure of a plurality of staggered steel frames with filled wall is established, and the finite element model of the structure of the steel staggered frame is established. The finite element model of the structure of the steel interlaced frame is analyzed, and the finite element model for filling the wall is compared. By means of the analysis of the structural floor, the displacement of the floor, the displacement angle between the layers and the shear of the base, the anti-seismic performance of the structure of the steel staggered frame is affected by the filling wall. The anti-seismic ability and the yield mechanism of the structural system of the staggered frame with filled wall are studied, and the improvement of the structure's longitudinal direction is put forward. In this paper, the relationship between the displacement of the vertex of the structure and the displacement of the anti-seismic target is studied by the power spectrum analysis of the structure, and the seismic resistance to the transverse and longitudinal direction of the structure is studied. The ability of the structural members is evaluated. The design of the relative stiffness of the structural members is reasonable, the overall safety of the structure and the overall plastic deformation ability of the structure are studied, and the distribution of the hinge sequence, the state of the hinge and the plastic hinge is determined according to the plastic hinge of the steel staggered frame structure with the filling wall. The rule and yield mechanism, pointing out the thinness of the structure The support between the columns of the structure is proposed, the rigidity and strength of the bottom steel column are increased, and the structure is effectively improved. (5) The beneficial effect of the filling wall on the seismic performance of the structure is analyzed, and the existing wall-out plane stability in the process of engineering design and construction is combined with the common practice in engineering design and construction practice. The structure of the filling wall and the main body is put forward for the staggered frame structure with the filling wall steel, etc. The design requirement of the seismic structure of RC floor is an important component of the longitudinal connection of the steel staggered frame structure. The influence of the filling wall on the structural stress of the RC floor is analyzed, and the part of the RC floor is reinforced in the structural design.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU352.11

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本文编号:2362168

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