【摘要】：高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)能夠充分地利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能,減少材料用量和建設(shè)成本,成為高層建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最受歡迎的新興結(jié)構(gòu)形式之一。高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的研究集中于彈性階段的受力特性、影響因素、網(wǎng)格計算理論、斜交角度和復(fù)雜節(jié)點等方面,而對地震作用下的性能研究還不夠完善。傳統(tǒng)斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的消能能力和延性十分有限,一旦結(jié)構(gòu)超出彈性范圍,容易出現(xiàn)嚴(yán)重破壞,帶來巨額修復(fù)成本。對斜交網(wǎng)格等彎曲型結(jié)構(gòu)的地震力折減系數(shù)譜的研究也較為匱乏。因此,提升高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震性能和進一步研究彎曲型結(jié)構(gòu)的地震力折減系數(shù)是非常必要的。本文旨在提升高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗震性能和安全性,研發(fā)新型斜交網(wǎng)格耗能機制和基于性能的高層斜交網(wǎng)格抗震設(shè)計方法,研究基于轉(zhuǎn)角延性和曲率延性的彎曲型結(jié)構(gòu)地震力折減系數(shù)譜,最終使高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于高烈度地震設(shè)防區(qū)。主要研究工作如下:(1)設(shè)計一座位于洛杉磯市的30層傳統(tǒng)斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu),建立詳細(xì)的OpenSees分析模型,有效地模擬斜撐動力彈塑性失穩(wěn)和失穩(wěn)后的結(jié)構(gòu)行為,對結(jié)構(gòu)進行非線性靜力(推覆)分析和動力時程分析以研究其耗能能力和動力特性,基于FEMAP695評估方法對其進行抗倒塌性能評估。(2)提出新型單防線帶耗能梁段高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系,建立基于性能的單防線帶耗能梁段斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計方法,設(shè)計一座位于洛杉磯市的單防線高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu),進行非線性靜力(推覆)和動力時程分析以驗證新型耗能機制及設(shè)計方法的有效性,基于FEMAP695評估方法對新型單防線帶耗能梁段高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行抗倒塌性能評估。(3)提出具有三線性荷載-位移相關(guān)關(guān)系的新型雙防線帶耗能梁段高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。在基于等效能量的塑性設(shè)計方法的基礎(chǔ)上,提出高階振型能量修正系數(shù),建立雙防線帶耗能梁段高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計方法,設(shè)計一座位于洛杉磯市的雙防線高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以驗證雙防線耗能機制與性能水平,采用FEMAP695評估方法對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行抗倒塌性能評估。(4)采用雙防線帶耗能梁段高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)塑性設(shè)計方法設(shè)計3座位于洛杉磯市中心的24層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu),斜交角度分別為54°、64°和70°,進行非線性靜力(推覆)分析和非線性動力分析以研究斜交角度對新型斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,采用FEMAP695評估方法研究斜交角度對新型斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的影響。(5)為研究斜交網(wǎng)格等彎曲型結(jié)構(gòu)的地震力折減系數(shù)譜,提出基于轉(zhuǎn)角延性的非線性分析方法。引入地震力名義作用高度和帶零長度彈簧單元的集中塑性計算模型,采用雙周期標(biāo)準(zhǔn)化方法保持譜線峰值特征,研究結(jié)構(gòu)基本周期、轉(zhuǎn)角延性、斷層距離、后期剛度系數(shù)和二階振型等因素對彎曲型結(jié)構(gòu)地震力折減系數(shù)譜的影響,建立轉(zhuǎn)角延性與位移延性的相關(guān)關(guān)系,建立基于轉(zhuǎn)角延性的彎曲型結(jié)構(gòu)地震力折減系數(shù)和二階振型影響指數(shù)簡化計算公式,并應(yīng)用于高層斜交網(wǎng)格抗震設(shè)計中。(6)提出基于曲率延性的非線性分析方法,研究結(jié)構(gòu)基本周期、曲率延性、剛度比、薄弱層和二階振型等因素對彎曲型結(jié)構(gòu)地震力折減系數(shù)譜的影響,建立曲率延性和位移延性的定量關(guān)系,建立基于曲率延性的彎曲型結(jié)構(gòu)地震力折減系數(shù)和二階振型影響指數(shù)簡化計算公式,并對比基于轉(zhuǎn)角延性和基于曲率延性的地震力折減系數(shù),分析耗能模式對地震力影響系數(shù)的影響。(7)作為斜交網(wǎng)格建筑內(nèi)部豎向承重體系的重要組成部分,提出一種新型花紋鋼板做上翼緣的鋼-混凝土組合樓面梁,可增加建筑內(nèi)部空間并配合新型斜交網(wǎng)格進行快速施工。進行11個試件的試驗研究以探究花紋鋼板-混凝土界面的抗剪性能和花紋鋼板做上翼緣的鋼-混凝土組合樓面梁的抗彎性能,分析構(gòu)件的破壞特征、荷載-位移曲線和應(yīng)變分布形式,提出新型組合梁的鋼-混凝土界面抗剪承載力計算方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU973.31
【圖文】：

受壓破壞和外鼓屈曲等嚴(yán)重破壞形式，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)立面收進層和高位連體樓層逡逑的破壞，基礎(chǔ)設(shè)施和生命線工程受到大面積損害，給災(zāi)后重建工程帶來巨大困難逡逑圖１．２為典型的高層建筑地震破壞。因此，為使綠色、高效和美觀的斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)得逡逑到更為廣泛的應(yīng)用，提升斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的抗震性能和增強其震后可恢復(fù)性是迫切需要逡逑解決的工程科學(xué)問題。逡逑地震力折減系數(shù)是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)［１＾］。在進行抗震設(shè)計時，采用彈性逡逑反應(yīng)譜計算彈性地震力，而后通過地震力折減系數(shù)對彈性地震力進行折減，從而得到逡逑抗震設(shè)計基底剪力。目前地震力折減系數(shù)研究主要集中于剪切型結(jié)構(gòu)，而對高層斜交逡逑網(wǎng)格等彎曲型結(jié)構(gòu)的研究很少。高層斜交網(wǎng)格等彎曲型結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力機制和變形特征逡逑與剪切型結(jié)構(gòu)存在明顯不同。剪切型結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度主要由梁柱受彎變形提供，其側(cè)逡逑向變形以剪切變形為主，層間相互作用較弱，而高層斜交網(wǎng)格等結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形以彎逡逑曲變形為主，存在明顯的層間相互作用。因此高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的地震力折減系數(shù)和逡逑轉(zhuǎn)角延性、曲率延性密切相關(guān)。為對高層斜交網(wǎng)格等彎曲型結(jié)構(gòu)進行有效的抗震設(shè)計

第２章傳統(tǒng)高層斜交網(wǎng)格體系抗倒塌性能評估逡逑２．１引言逡逑高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種新穎高效的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，如圖２．１所示。此建筑逡逑結(jié)構(gòu)體系采用斜撐與橫梁組成三角形結(jié)構(gòu)單元，然后將三角形結(jié)構(gòu)單元按一定方式排逡逑布成大型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。每一個三角形結(jié)構(gòu)單元豎向跨越多個樓層，多個水平連接的三角逡逑形結(jié)構(gòu)單元形成一個結(jié)構(gòu)層。與中心支撐框架類似，斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多布置于結(jié)構(gòu)外側(cè)，逡逑通過斜撐的軸向變形傳遞豎向和側(cè)向荷載。與傳統(tǒng)框架外筒結(jié)構(gòu)相比，斜交網(wǎng)格的結(jié)逡逑構(gòu)形式有效地提高了結(jié)構(gòu)抗側(cè)效率，減小了高層筒狀結(jié)構(gòu)的剪力n錆笮вΓ郟玻�。由于辶x閑苯煌窠峁共簧柚媒峁怪�，其外钡a嬖煨妥雜啥卻蟠筇岣�。辶x顯詮サ氖曛�，国闹I庋д叨愿卟閾苯煌窠峁菇辛私銜釗氳難芯�。高层辶x閑苯煌窠峁溝難芯恐饕杏誚峁雇癲賈眉捌溆嘔�、结构设计方法和皆戙动力性辶x夏莧齜矯�。网赴d賈玫撓嘔饕背徘憬塹撓嘔�。ＭｅP錚畹熱耍郟玻擼玻菅芯苛隋澹叮安�、辶x希矗膊愫停玻安閾苯煌窠峁棺鈑判背徘憬�。研究钡a

本文編號：2765523