發(fā)布時間：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,導致強震后產(chǎn)生較大的殘余變形,從而增加結(jié)構(gòu)修復的難度和成本,限制了BRB的發(fā)展應用。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)達到“可修復”或“易修復”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,框架主要承擔豎向力,BRB提供抗側(cè)剛度并在遭遇大震時耗能,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)造和抗震機理,通過非線性時程分析對此類結(jié)構(gòu)的抗震性能進行評估。針對HWBBF簡化模型進行了模態(tài)分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動剛度比變化對于一階周期影響較大,對于高階周期影響較小。設計了一個采用HWBBF結(jié)構(gòu)體系的背景工程并進行了非線性時程分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)能夠滿足預定的性能目標,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墻體內(nèi)力需求的簡化計算方法(地震動強度疊加法),公式估計值與時程分析結(jié)果對比表明地震動強度疊加法的精度較好,能夠用于估計搖擺墻的內(nèi)力需求。(2)基于背景工程設計制作一個1：3縮尺的HWBB構(gòu)件,并進行擬動力、擬靜力和震后修復試驗。采用El Centro波對試驗結(jié)構(gòu)進行了擬動力加載,試驗結(jié)果表明HWBB的上部墻體保持彈性,僅BRB核心部件屈服耗能,實現(xiàn)了預定的屈服機制。通過對結(jié)構(gòu)施加反向彎矩修復其震后殘余位移,并對修復后結(jié)構(gòu)進行擬動力加載,試驗結(jié)果表明HWBB震后殘余位移的修復過程簡單可控,修復前后結(jié)構(gòu)動力特性及抗震性能基本不變。擬靜力試驗得到的滯回曲線飽滿,在2.5%的頂點位移角下,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后對試驗結(jié)構(gòu)再次進行擬動力和擬靜力加載,試驗結(jié)果表明更換BRB前后HWBB的整體滯回曲線基本一致,HWBB具有可修復的優(yōu)點。(3)對試驗結(jié)構(gòu)的擬動力加載過程和震后修復過程進行有限元模擬,并通過數(shù)值模擬比較不同修復方法的效果。采用SAP2000軟件模擬了結(jié)構(gòu)的擬動力加載過程和震后修復過程,結(jié)果表明考慮銷軸滑移和地梁翹起的模型能準確模擬出試驗結(jié)構(gòu)的地震響應,模擬與試驗結(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)出其實際滯回響應,具有較高的精度。基于上述試驗校準的有限元模型,對比在墻體一側(cè)施加修復彎矩與在墻體兩側(cè)施加修復彎矩兩種修復方案下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力響應,表明在墻體兩側(cè)施加修復彎矩時墻體內(nèi)力響應較�。粚Ρ仁┘泳珳市迯臀灰婆c估算修復位移時的修復效果,表明基于位移控制的修復方式對BRB加載位移大小精度要求不高,采用估算修復位移即可保證修復效果。
【關(guān)鍵詞】：屈曲約束支撐 搖擺墻 抗震性能 試驗 修復
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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的搖擺墻恢復力模型及受力特點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 性能目標的選取28-29
• 2.2.3 底部帶BRB的搖擺墻設計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 非線性時程分析結(jié)果32-36
• 2.4 墻體內(nèi)力簡化計算方法及驗證36-38
• 2.4.1 地震動強度疊加法37
• 2.4.2 計算結(jié)果驗證37-38
• 2.5 結(jié)論38-40
• 本章參考文獻40-41
• 第三章 底部帶BRB的搖擺墻試驗設計41-61
• 3.1 擬動力試驗方法簡介41-43
• 3.1.1 擬動力試驗方法的基本思想41-42
• 3.1.2 擬動力試驗軟件-TUT簡介42-43
• 3.2 試驗構(gòu)件的設計與制作43-49
• 3.2.1 試驗目的43-44
• 3.2.2 試驗結(jié)構(gòu)相似關(guān)系44
• 3.2.3 試驗整體設計44
• 3.2.4 試驗結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造44-46
• 3.2.5 BRB設計46-49
• 3.3 試驗系統(tǒng)與安裝49-52
• 3.3.1 試驗系統(tǒng)49
• 3.3.2 加載裝置與側(cè)向約束裝置49-51
• 3.3.3 量測內(nèi)容與方法51
• 3.3.4 BRB軸力以及軸向變形量測方法51-52
• 3.4 試驗實施方案52-54
• 3.4.1 擬動力試驗地震波選取和調(diào)整52-53
• 3.4.2 加載方案53
• 3.4.3 擬靜力試驗加載制度53-54
• 3.5 底部帶BRB的搖擺墻震后修復方案54-58
• 3.5.1 直接修復殘余位移的修復方案54-57
• 3.5.2 更換BRB的修復方案57-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 本章參考文獻59-61
• 第四章 底部帶BRB的搖擺墻試驗研究61-89
• 4.1 初始加載階段(LP1)擬動力試驗結(jié)果及分析61-68
• 4.1.1 試驗現(xiàn)象61
• 4.1.2 頂點位移時程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)性能評價68
• 4.2 震后修復階段(RP1)68-70
• 4.3 修復后(LP2)擬動力試驗結(jié)果及分析70-72
• 4.3.1 試驗現(xiàn)象70
• 4.3.2 頂點位移時程和整體滯回曲線對比70-71
• 4.3.3 BRB滯回曲線對比71
• 4.3.4 層間位移角對比71-72
• 4.3.5 結(jié)構(gòu)性能評價72
• 4.4 修復后(LP2)擬靜力試驗結(jié)果及分析72-77
• 4.4.1 擬靜力試驗實際加載制度72-73
• 4.4.2 試驗現(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)擬動力試驗結(jié)果及分析77-82
• 4.5.1 試驗現(xiàn)象77
• 4.5.2 頂點位移時程和滯回曲線對比77-79
• 4.5.3 修正后滯回曲線79-80
• 4.5.4 BRB滯回曲線對比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)性能評價81-82
• 4.6 更換后加載階段(LP3)擬靜力試驗結(jié)果及分析82-86
• 4.6.1 擬靜力試驗實際加載制度82-83
• 4.6.2 試驗現(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)實際頂點位移與BRB變形之間的對應關(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88-89
• 第五章 試驗結(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 分析工況以及相應的計算模型92-93
• 5.2 加速度輸入激勵模型分析結(jié)果與試驗對比93-94
• 5.3 位移輸入激勵模型分析結(jié)果與試驗對比94-101
• 5.3.1 擬動力試驗工況模擬94-100
• 5.3.2 修復階段模擬100-101
• 5.4 殘余位移修復方案對比101-104
• 5.4.1 一側(cè)加載修復與兩側(cè)加載修復對比101-102
• 5.4.2 基于位移控制的修復方案與基于力控制的修復方案對比102-103
• 5.4.3 估計修復位移的適用性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
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表成果107-108
• 致謝108

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