搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)抗震性能分析

發(fā)布時間：2020-08-03 16:41

【摘要】：傳統(tǒng)的搖擺墻結(jié)構(gòu)可以改善結(jié)構(gòu)的變形模式,進而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是搖擺墻結(jié)構(gòu)具有自重大、地震作用較強、施工復雜、與鋼框架連接不方便等缺點。本文提出采用搖擺鋼支撐代替搖擺墻,形成搖擺鋼支撐框架結(jié)構(gòu)。搖擺鋼支撐框架結(jié)構(gòu)可協(xié)調(diào)框架結(jié)構(gòu)每一層的變形,使框架結(jié)構(gòu)各層的位移變得更加均勻,有效地避免框架結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的層間變形的集中,把地震能量分散到結(jié)構(gòu)各層。與搖擺墻相比,搖擺鋼支撐自重小,自身地震作用小,與鋼框架連接方便。搖擺支撐鋼架與主體框架之間使用耗能段連接,增加結(jié)構(gòu)的耗能能力,避免主體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。本文使用有限元分析軟件ABAQUS對搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)進行模擬,分析其抗震性能,主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果有:(1)使用SAP2000軟件,根據(jù)規(guī)范設計了一棟3跨15層的搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu),并從含有搖擺支撐的一跨選取底部六層結(jié)構(gòu)作為有限元分析的Base試件。(2)使用有限元軟件ABAQUS6.14建立搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)的有限元模型,并通過對Y型偏心支撐試驗的模擬分析驗證了本文建模方式的可靠性。(3)采用ABAQUS有限元分析軟件對比分析了搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)與中心支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能,分析結(jié)果表明:搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)主要通過耗能段耗散能量,支撐未發(fā)生屈曲,破壞模式比中心支撐結(jié)構(gòu)理想,耗能機制合理。(4)從耗能能力、滯回性能、承載力、以及延性等方面分別對具有不同跨度、不同層高、剛度比和不同鋼材強度等級的四組試件進行了抗震性能分析。研究結(jié)果表明:改變結(jié)構(gòu)跨度和層高對結(jié)構(gòu)抗震性能影響較大;隨著支撐與框架剛度比的增加,結(jié)構(gòu)的整體位移曲線逐漸趨于線性,層間位移角趨于一致,支撐與框架的剛度比大于2時效果明顯;提高搖擺鋼支撐結(jié)構(gòu)非耗能段鋼材等級可以提高結(jié)構(gòu)的極限承載力和剩余剛度,減輕結(jié)構(gòu)的破壞程度,結(jié)構(gòu)延性會有所降低。(5)將結(jié)構(gòu)正向骨架曲線簡化為三折線能夠準確確定耗能段替換的層間側(cè)移角范圍,結(jié)構(gòu)跨度、剛度比和鋼材強度等級增加能夠提高耗能段替換的層間側(cè)移角范圍的上限,而層高的增加會降低耗能段替換的層間側(cè)移角范圍的上限。(6)根據(jù)前文分析結(jié)果,在搖擺結(jié)構(gòu)的基礎上增加預應力鋼絞線使得結(jié)構(gòu)具有自復位功能。分析增加預應力鋼絞線后結(jié)構(gòu)的抗震性能、研究鋼絞線預拉力大小和鋼絞線數(shù)量對結(jié)構(gòu)自復位性能的影響。研究結(jié)果顯示:結(jié)構(gòu)添加預拉力鋼絞線之后殘余變形減小,具有良好的自復位能力。增大鋼絞線初始預拉力或者保持單根鋼絞線預應力不變的情況下增加鋼絞線數(shù)量能夠加強結(jié)構(gòu)自復位能力,但是會降低耗能能力。
【學位授予單位】：蘇州科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.11;TU391
【圖文】：

模型圖,振動臺試驗,框架結(jié)構(gòu),模型

圖 1-1 搖擺剛框架結(jié)構(gòu)振動臺試驗模型1978 年學者 Priestley[4]為了證明 Housner 敘述的搖擺結(jié)構(gòu)的耗能機理的正震動臺實驗對一搖擺結(jié)構(gòu)進行了抗震性能研究。文章提出了一種反應譜法來結(jié)構(gòu)最大地震反應。但后來學者 Makris 和 Konstantinidis[5]的研究推翻了這認為對于分析搖擺結(jié)構(gòu)的地震反應，這種分析方法是不正確的。因為在動力搖擺剛體塊與單自由度擺的動力機理是不一樣的。2001 年，美國的 Tipping and Mar 公司首次使用搖擺墻結(jié)構(gòu)對美國加州舊金市的一座十四層高的建筑[6]進行了加固改造。隨后，Hitaka 和 Sakino[7]在 2步提出了一種聯(lián)肢搖擺剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系中包括三種不同的邊分別為鋼管混凝土、鋼筋混凝土墻肢以及剛連梁。Hitaka 和 Sakino 還對四邊界破壞模式進行了靜力荷載試驗，四種破壞模式分別為混凝土墻肢壓碎、肢剪切、鋼管混凝土邊柱剪切以及剛連梁屈曲。2009 年，Wada[8]等學者利用搖擺墻與鋼耗能器聯(lián)合在一起對一個位于東京津田校區(qū)的教學樓進行加固改造。計算結(jié)果分析證明：通過這種方法加固樓在不同地震動作用下其地震位移響應具有明顯的降低。

模型圖,結(jié)構(gòu)有限元,框架,模型

4圖 1-2 框架-搖擺墻結(jié)構(gòu)有限元模型圖 1-3 搖擺墻柱腳設置示意圖014 年河北工程大學的楊樹標[22]分別對兩種不同連接方式的框架-搖擺墻結(jié)構(gòu)分析。兩種連接方式分別為框架-搖擺墻鉸接以及框架-搖擺墻剛接。為了能墻結(jié)構(gòu)更好的運用到工程實際中去，作者在協(xié)同式工作理論和連續(xù)假設的基了鉸接搖擺墻體系以及剛接搖擺墻體系的位移簡化計算方法和內(nèi)力的計算

示意圖,墻柱,示意圖,框架