【摘要】：中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)是一種常用的鋼結(jié)構(gòu)形式之一,具有良好的初始抗側(cè)能力,由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)性好,中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。地震作用下,支撐作為軸向受力構(gòu)件,容易發(fā)生受壓屈曲破壞,并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力和剛度的大幅降低,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。支撐失效后,結(jié)構(gòu)剩余部分作為儲(chǔ)備體系能夠繼續(xù)承擔(dān)地震作用,為結(jié)構(gòu)提供承載力儲(chǔ)備和剛度儲(chǔ)備,儲(chǔ)備體系的抗倒塌能力儲(chǔ)備稱為結(jié)構(gòu)的能力儲(chǔ)備。研究表明,能力儲(chǔ)備對(duì)于中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能具有決定性作用。美國(guó)規(guī)范ASCE 7-10中規(guī)定,在美國(guó)中、低烈度地震設(shè)防地區(qū)按照強(qiáng)度折減系數(shù)R等于3設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu),不需要考慮抗震細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì),如支撐可以采用較大的長(zhǎng)細(xì)比和寬厚比。我國(guó)規(guī)范中對(duì)于不同延性能力的中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)未進(jìn)行區(qū)分,與美國(guó)規(guī)范相比,我國(guó)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于保守,鋼結(jié)構(gòu)整體造價(jià)也相對(duì)較高,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑市場(chǎng)所占比例較低。如何在保證結(jié)構(gòu)具有足夠抗震性能的同時(shí),在我國(guó)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較好的低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu),是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。本文以低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,基于能力儲(chǔ)備對(duì)該類結(jié)構(gòu)的抗震性能與設(shè)計(jì)方法開展了理論研究、數(shù)值模擬和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究,具體如下:(1)首先對(duì)單自由度低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能開展了研究,介紹了能力儲(chǔ)備的定義與延性需求譜的建立方法,分析了各參數(shù)對(duì)中心支撐鋼框架體系延性需求譜的影響。在此基礎(chǔ)上,提出了單自由度低延性中心支撐鋼框架體系的R-μ-T模型,并通過與時(shí)程分析計(jì)算得到的平均延性需求譜結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了所提出模型的合理性。(2)開展了基于增量動(dòng)力分析的單自由度中心支撐鋼框架體系抗倒塌能力研究。以按強(qiáng)度折減系數(shù)R=3設(shè)計(jì)的單自由度中心支撐鋼框架體系為研究對(duì)象,考慮了結(jié)構(gòu)儲(chǔ)備體系承載力儲(chǔ)備系數(shù)和剛度儲(chǔ)備系數(shù),對(duì)其開展了增量動(dòng)力分析,以結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)力不穩(wěn)定性為判定標(biāo)準(zhǔn),提出了中心支撐鋼框架體系的倒塌延性譜,該譜反映了單自由度的中心支撐鋼框架體系在不同周期不同儲(chǔ)備參數(shù)時(shí),由重力二階效應(yīng)而導(dǎo)致不穩(wěn)定性發(fā)生時(shí)的體系最大框架延性反應(yīng)。基于倒塌延性譜與延性需求譜確定了結(jié)構(gòu)的抗倒塌臨界設(shè)計(jì)周期與適用周期,并通過易損性分析的結(jié)果驗(yàn)證了所得到臨界周期的準(zhǔn)確性。(3)以多層中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,基于推覆分析判斷多層結(jié)構(gòu)支撐失效位置以及薄弱層位置,并將多層中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效單自由度體系,給出了儲(chǔ)備參數(shù)、等效強(qiáng)度折減系數(shù)、等效屈服位移等的確定方法,結(jié)合R-μ-T模型,提出了多層低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能簡(jiǎn)化評(píng)估方法,即“能力儲(chǔ)備法”。通過兩個(gè)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析算例結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了能力儲(chǔ)備法的準(zhǔn)確性。(4)開展了長(zhǎng)度縮尺比為1:6.5的3層3榀2跨低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),分別采用硬土場(chǎng)地和軟土場(chǎng)地2條地震記錄先后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行單向加載,逐級(jí)增加地震峰值加速度,研究了結(jié)構(gòu)的災(zāi)變機(jī)理和儲(chǔ)備體系抗倒塌性能。并采用能力儲(chǔ)備法對(duì)模型結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行評(píng)估,簡(jiǎn)化方法得到的薄弱層位置與試驗(yàn)現(xiàn)象相同,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的判定較為準(zhǔn)確,進(jìn)一步驗(yàn)證了能力儲(chǔ)備法的實(shí)用性。(5)對(duì)比了我國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范在中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的異同點(diǎn),按照美國(guó)規(guī)范給出了低延性中心支撐鋼框架和普通中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)算例。在此基礎(chǔ)上,按照略低于我國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了一個(gè)3層低延性中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu),并開展了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)在底層支撐失效后,儲(chǔ)備體系并未出現(xiàn)明顯的損傷和殘余變形。由此可見,我國(guó)規(guī)范對(duì)于中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)偏于保守。根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的結(jié)果,結(jié)合我國(guó)規(guī)范,對(duì)低延性結(jié)構(gòu)如何在我國(guó)應(yīng)用與設(shè)計(jì)提供了建議。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU391;TU352.11
【圖文】：

大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文ｍ２，還不到這次地震受災(zāi)地區(qū)的０．１％，但卻出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的震害，研宄發(fā)的地下有數(shù)十米厚的海灣沉積和砂土粘土層，基巖上部的軟土層對(duì)地震動(dòng)有大作用，導(dǎo)致該地區(qū)的震害比周圍地區(qū)如基巖或硬土場(chǎng)地地區(qū)更為嚴(yán)重［２１９】。因地震作用計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮場(chǎng)地類別的影響。我國(guó)現(xiàn)行《抗震規(guī)范》［１１］中地并未增大平臺(tái)段的幅值，這樣的規(guī)定是否合理，還有待進(jìn)一步探討。此外，中設(shè)計(jì)反應(yīng)譜均采用５％阻尼比，不考慮阻尼比的影響，我國(guó)《抗震規(guī)范》對(duì)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的平臺(tái)段峰值具有一定影響，阻尼比越小，反應(yīng)譜的平臺(tái)段越設(shè)計(jì)承載力越大。逡逑

Ｆｉｇ．邋２．１．邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＣＢＦ：邋（ａ）邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋Ｍｏｄｅｌ；邋（ｂ）邋Ｆｏｒｃｅ－ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｗｉｔｈｏｕｔ邋Ｐ－Ａ逡逑Ｅｆｆｅｃｔ：邋（ｃ）邋Ｆｏｒｃｅ－ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｗｉｔｈ邋Ｐ－Ａ邋ｅｆｆｅｃｔ逡逑中心支撐鋼框架體系示意圖及恢復(fù)力曲線如圖２．１所示，體系由支撐和框架兩部分逡逑構(gòu)成�？蚣懿糠植捎美硐霃椝苄曰謴�(fù)力模型，假定低延性支撐兩端與節(jié)點(diǎn)絞接連接，且逡逑支撐的拉壓彈性極限承載力相同，超過彈性極限后失效退出工作，不再具備剛度和承載逡逑力。由于圖２．１所示支撐在彈性階段受力相同，且達(dá)到極限承載力后同時(shí)失效，因此，逡逑單斜桿支撐、跨層Ｘ形支撐等中心支撐結(jié)構(gòu)也具有相同的恢復(fù)力特性。其中，框架抗側(cè)逡逑－２４－逡逑

對(duì)于一個(gè)特定的參數(shù)組合尺ｒ，ａ，Ａ可以得到結(jié)構(gòu)的延性需求譜。ａ、＃是反映結(jié)構(gòu)逡逑儲(chǔ)備體系能力儲(chǔ)備的參數(shù)，其取值會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)儲(chǔ)備承載力越大，逡逑反應(yīng)越小。當(dāng)ａ取值極小時(shí)（0？０．１），如ａ＝邋０．０５，結(jié)構(gòu)反應(yīng)如圖２．４所示，結(jié)構(gòu)幾乎逡逑不具有儲(chǔ)備剛度，出現(xiàn)了過大的延性需求，甚至發(fā)散，即結(jié)構(gòu)倒塌。過小的承載力儲(chǔ)備逡逑難以阻止結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2787789