發(fā)布時(shí)間：2017-09-11 03:00

  本文關(guān)鍵詞：底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：屈曲約束支撐(Buckling-restrained Brace, BRB)是一種具有良好耗能能力的減震元件,但是由于其屈服后剛度較低,屈曲約束支撐框架在地震作用下容易產(chǎn)生薄弱層效應(yīng),導(dǎo)致強(qiáng)震后產(chǎn)生較大的殘余變形,從而增加結(jié)構(gòu)修復(fù)的難度和成本,限制了BRB的發(fā)展應(yīng)用。若能夠有效控制損傷位置和損傷程度,就能夠充分利用BRB的耗能能力,并可以使結(jié)構(gòu)達(dá)到“可修復(fù)”或“易修復(fù)”的目的。搖擺墻作為一種控制結(jié)構(gòu)變形模式的典型構(gòu)件,能夠有效控制結(jié)構(gòu)損傷位置和損傷程度。本文從結(jié)構(gòu)體系層次出發(fā),提出能夠充分利用BRB耗能能力且易修復(fù)的底部帶BRB的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)(Hinged Wall-Frame with BRB in Base, HWBBF)。在HWBBF中,框架主要承擔(dān)豎向力,BRB提供抗側(cè)剛度并在遭遇大震時(shí)耗能,搖擺墻則傳遞抗側(cè)剛度并控制變形模式。全文研究內(nèi)容和成果如下：(1)介紹HWBBF結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造和抗震機(jī)理,通過非線性時(shí)程分析對(duì)此類結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)HWBBF簡化模型進(jìn)行了模態(tài)分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度比變化對(duì)于一階周期影響較大,對(duì)于高階周期影響較小。設(shè)計(jì)了一個(gè)采用HWBBF結(jié)構(gòu)體系的背景工程并進(jìn)行了非線性時(shí)程分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)能夠滿足預(yù)定的性能目標(biāo),結(jié)構(gòu)變形模式主要受一階振型控制,墻底出現(xiàn)塑性鉸后墻身中部彎矩和基底剪力產(chǎn)生可觀的增量。提出了一種用于估計(jì)墻體內(nèi)力需求的簡化計(jì)算方法(地震動(dòng)強(qiáng)度疊加法),公式估計(jì)值與時(shí)程分析結(jié)果對(duì)比表明地震動(dòng)強(qiáng)度疊加法的精度較好,能夠用于估計(jì)搖擺墻的內(nèi)力需求。(2)基于背景工程設(shè)計(jì)制作一個(gè)1：3縮尺的HWBB構(gòu)件,并進(jìn)行擬動(dòng)力、擬靜力和震后修復(fù)試驗(yàn)。采用El Centro波對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擬動(dòng)力加載,試驗(yàn)結(jié)果表明HWBB的上部墻體保持彈性,僅BRB核心部件屈服耗能,實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的屈服機(jī)制。通過對(duì)結(jié)構(gòu)施加反向彎矩修復(fù)其震后殘余位移,并對(duì)修復(fù)后結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬動(dòng)力加載,試驗(yàn)結(jié)果表明HWBB震后殘余位移的修復(fù)過程簡單可控,修復(fù)前后結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及抗震性能基本不變。擬靜力試驗(yàn)得到的滯回曲線飽滿,在2.5%的頂點(diǎn)位移角下,HWBB仍能保持穩(wěn)定的滯回耗能能力,具有良好的變形能力和延性,其破壞模式為墻底的BRB被拉斷,結(jié)構(gòu)的破壞模式可控。更換BRB后對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行擬動(dòng)力和擬靜力加載,試驗(yàn)結(jié)果表明更換BRB前后HWBB的整體滯回曲線基本一致,HWBB具有可修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。(3)對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的擬動(dòng)力加載過程和震后修復(fù)過程進(jìn)行有限元模擬,并通過數(shù)值模擬比較不同修復(fù)方法的效果。采用SAP2000軟件模擬了結(jié)構(gòu)的擬動(dòng)力加載過程和震后修復(fù)過程,結(jié)果表明考慮銷軸滑移和地梁翹起的模型能準(zhǔn)確模擬出試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),模擬與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,結(jié)構(gòu)中BRB采用三線性模型能夠充分體現(xiàn)出其實(shí)際滯回響應(yīng),具有較高的精度�；谏鲜鲈囼�(yàn)校準(zhǔn)的有限元模型,對(duì)比在墻體一側(cè)施加修復(fù)彎矩與在墻體兩側(cè)施加修復(fù)彎矩兩種修復(fù)方案下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力響應(yīng),表明在墻體兩側(cè)施加修復(fù)彎矩時(shí)墻體內(nèi)力響應(yīng)較小；對(duì)比施加精準(zhǔn)修復(fù)位移與估算修復(fù)位移時(shí)的修復(fù)效果,表明基于位移控制的修復(fù)方式對(duì)BRB加載位移大小精度要求不高,采用估算修復(fù)位移即可保證修復(fù)效果。
【關(guān)鍵詞】：屈曲約束支撐 搖擺墻 抗震性能 試驗(yàn) 修復(fù)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU352.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 搖擺結(jié)構(gòu)研究綜述12-17
• 1.2.1 搖擺機(jī)制的概念12-13
• 1.2.2 搖擺結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 搖擺結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀16-17
• 1.3 存在的問題17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容與思路17-19
• 本章參考文獻(xiàn)19-23
• 第二章 底部帶BRB的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析23-41
• 2.1 底部帶BRB的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)抗震理念23-26
• 2.1.1 底部帶BRB的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)概念23-24
• 2.1.2 底部帶BRB的搖擺墻恢復(fù)力模型及受力特點(diǎn)24
• 2.1.3 底部帶BRB的搖擺墻簡化模型24-26
• 2.2 背景工程26-30
• 2.2.1 工程簡介27-28
• 2.2.2 性能目標(biāo)的選取28-29
• 2.2.3 底部帶BRB的搖擺墻設(shè)計(jì)29-30
• 2.3 抗震性能分析30-36
• 2.3.1 分析模型31
• 2.3.2 地震波選擇31-32
• 2.3.3 非線性時(shí)程分析結(jié)果32-36
• 2.4 墻體內(nèi)力簡化計(jì)算方法及驗(yàn)證36-38
• 2.4.1 地震動(dòng)強(qiáng)度疊加法37
• 2.4.2 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證37-38
• 2.5 結(jié)論38-40
• 本章參考文獻(xiàn)40-41
• 第三章 底部帶BRB的搖擺墻試驗(yàn)設(shè)計(jì)41-61
• 3.1 擬動(dòng)力試驗(yàn)方法簡介41-43
• 3.1.1 擬動(dòng)力試驗(yàn)方法的基本思想41-42
• 3.1.2 擬動(dòng)力試驗(yàn)軟件-TUT簡介42-43
• 3.2 試驗(yàn)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制作43-49
• 3.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>43-44
• 3.2.2 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)相似關(guān)系44
• 3.2.3 試驗(yàn)整體設(shè)計(jì)44
• 3.2.4 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造44-46
• 3.2.5 BRB設(shè)計(jì)46-49
• 3.3 試驗(yàn)系統(tǒng)與安裝49-52
• 3.3.1 試驗(yàn)系統(tǒng)49
• 3.3.2 加載裝置與側(cè)向約束裝置49-51
• 3.3.3 量測(cè)內(nèi)容與方法51
• 3.3.4 BRB軸力以及軸向變形量測(cè)方法51-52
• 3.4 試驗(yàn)實(shí)施方案52-54
• 3.4.1 擬動(dòng)力試驗(yàn)地震波選取和調(diào)整52-53
• 3.4.2 加載方案53
• 3.4.3 擬靜力試驗(yàn)加載制度53-54
• 3.5 底部帶BRB的搖擺墻震后修復(fù)方案54-58
• 3.5.1 直接修復(fù)殘余位移的修復(fù)方案54-57
• 3.5.2 更換BRB的修復(fù)方案57-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 本章參考文獻(xiàn)59-61
• 第四章 底部帶BRB的搖擺墻試驗(yàn)研究61-89
• 4.1 初始加載階段(LP1)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果及分析61-68
• 4.1.1 試驗(yàn)現(xiàn)象61
• 4.1.2 頂點(diǎn)位移時(shí)程61-63
• 4.1.3 結(jié)構(gòu)整體滯回曲線63-64
• 4.1.4 BRB滯回曲線64-66
• 4.1.5 層間位移角及結(jié)構(gòu)變形模式66-68
• 4.1.6 結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)68
• 4.2 震后修復(fù)階段(RP1)68-70
• 4.3 修復(fù)后(LP2)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果及分析70-72
• 4.3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象70
• 4.3.2 頂點(diǎn)位移時(shí)程和整體滯回曲線對(duì)比70-71
• 4.3.3 BRB滯回曲線對(duì)比71
• 4.3.4 層間位移角對(duì)比71-72
• 4.3.5 結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)72
• 4.4 修復(fù)后(LP2)擬靜力試驗(yàn)結(jié)果及分析72-77
• 4.4.1 擬靜力試驗(yàn)實(shí)際加載制度72-73
• 4.4.2 試驗(yàn)現(xiàn)象73
• 4.4.3 結(jié)構(gòu)整體滯回曲線和骨架曲線73-74
• 4.4.4 BRB滯回曲線和骨架曲線74-75
• 4.4.5 結(jié)構(gòu)變形模式75
• 4.4.6 結(jié)構(gòu)破壞模式75-77
• 4.5 更換后加載階段(LP3)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果及分析77-82
• 4.5.1 試驗(yàn)現(xiàn)象77
• 4.5.2 頂點(diǎn)位移時(shí)程和滯回曲線對(duì)比77-79
• 4.5.3 修正后滯回曲線79-80
• 4.5.4 BRB滯回曲線對(duì)比80-81
• 4.5.5 層間位移角及結(jié)構(gòu)變形模式81
• 4.5.6 結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)81-82
• 4.6 更換后加載階段(LP3)擬靜力試驗(yàn)結(jié)果及分析82-86
• 4.6.1 擬靜力試驗(yàn)實(shí)際加載制度82-83
• 4.6.2 試驗(yàn)現(xiàn)象83
• 4.6.3 整體滯回曲線和骨架曲線83-84
• 4.6.4 BRB滯回曲線和骨架曲線84-85
• 4.6.5 結(jié)構(gòu)實(shí)際頂點(diǎn)位移與BRB變形之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系85-86
• 4.6.6 結(jié)構(gòu)破壞模式86
• 4.7 本章小結(jié)86-88
• 本章參考文獻(xiàn)88-89
• 第五章 試驗(yàn)結(jié)果的有限元模擬89-105
• 5.1 HWBB有限元模型的建立89-93
• 5.1.1 BRB本構(gòu)模型的選取89-90
• 5.1.2 支座條件的模擬90-92
• 5.1.3 分析工況以及相應(yīng)的計(jì)算模型92-93
• 5.2 加速度輸入激勵(lì)模型分析結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比93-94
• 5.3 位移輸入激勵(lì)模型分析結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比94-101
• 5.3.1 擬動(dòng)力試驗(yàn)工況模擬94-100
• 5.3.2 修復(fù)階段模擬100-101
• 5.4 殘余位移修復(fù)方案對(duì)比101-104
• 5.4.1 一側(cè)加載修復(fù)與兩側(cè)加載修復(fù)對(duì)比101-102
• 5.4.2 基于位移控制的修復(fù)方案與基于力控制的修復(fù)方案對(duì)比102-103
• 5.4.3 估計(jì)修復(fù)位移的適用性103-104
• 5.5 本章小結(jié)104-105
• 第六章 總結(jié)與展望105-107
• 6.1 主要工作總結(jié)105-106
• 6.2 研究展望106-107
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表成果107-108
• 致謝108

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