防屈曲支撑的抗震性能研究及其在校舍加固中的应用

摘要

防屈曲支撑作为一种新型消能构件，克服了传统支撑受压屈曲、无法充分发挥材料受压阶段的塑性滞回耗能功用的缺点，具有工作原理简单、明确、消能效果好等特点，是一种十分具有应用前景的结构消能构件。本文在国内外相关研究理论和方法的基础上，综合大量文献资料和工程实践经验，对防屈曲支撑做了以下几个方面的研究:
　　首先，对既有的防屈曲支撑研究进展资料进行构件、组件、结构体系三个层面的归纳与整理，为防屈曲支撑技术的下一步研究奠定理论基础。
　　其次，对影响防屈曲支撑构件性能的参数进行理论分析与公式推导，主要从防屈曲支撑构件的力学性质、稳定性、力学模型三方面进行归纳与总结。从防屈曲支撑构件延伸到防屈曲支撑结构层面，首先介绍了防屈曲支撑在结构中的布置形式，然后分别从动力学与能量原理的角度对防屈曲支撑框架结构体系的消能减震机理进行研究总结，并给出防屈曲支撑框架在不同性态时的层间恢复力、等效刚度计算式，为防屈曲支撑的设计提供可借鉴的依据。
　　再次，采用MIDAS/Gen软件分别对工程原结构与加装有防屈曲支撑的改造结构建模，通过结构弹性反应谱分析、时程分析与静力非线性分析，探讨两类结构在地震作用下的抗震性能差异。采用SAP2000软件对工程原结构与加装有防屈曲支撑的改造结构进行基于能量原理的分析，完善了防屈曲支撑框架结构的抗震性能评估方法。基于防屈曲支撑(BRB)自身的塑性变形与其在多层框架结构体系地震输入总能量中的耗能比例，对BRB抗侧刚度比进行优化，并对布置在多层框架不同楼层的BRB抗侧刚度比进行调整，提出对于布置有抗侧刚度比为k。（表示在层间位移角最大层所布置的BRB抗侧刚度比）的BRB楼层的相邻层的较优抗侧刚度比取值范围，为防屈曲支撑在实际工程中的应用提供指导。
　　最后，对防屈曲支撑-框架进行梁实体插入整体结构的建模研究，分析了结构在Y向罕遇地震作用下梁的应力分布情况，为下一步的防屈曲支撑结构细部研究提供了一种新做法与思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 消能减震技术

1．3 防屈曲支撑

1．3．1 防屈曲支撑的工作原理与构成

1．3．2 防屈曲支撑的研究进展

1．3．3 防屈曲支撑的应用

1．4 本文研究目的及主要工作

参考文献

第2章 防屈曲支撑构件的理论基础

2．1 防屈曲支撑构件的组成

2．2 防屈曲支撑的力学性质

2．2．1 承载力

2．2．2 等效刚度

2．2．3 集中因子

2．3 防屈曲支撑的稳定性分析

2．3．1 支撑核心段的整体稳定

2．3．2 核心单元自身的稳定

2．3．3 连接段的扭转屈曲

2．3．4 间隙的影响

2．4 防屈曲支撑的力学模型

2．4．1 双线性模型

2．4．2 Bouc-Wen模型

2．5 本章小结

参考文献

第3章 防屈曲支撑框架的理论分析基础与抗震性能研究

3．1 防屈曲支撑框架体系

3．2 防屈曲支撑框架体系的消能减震机理

3．2．1 动力学角度

3．2．2 能量角度

3．3 防屈曲支撑框架的计算模型

3．3．1 基本计算假定

3．3．2 抗侧刚度计算公式

3．3．3 楼层内力分配

3．3．4 层间恢复力模型

3．4 防屈曲支撑框架的参数计算

3．4．1 层间等效刚度

3．4．2 结构体系的等效周期

3．4．3 防屈曲支撑的附加刚度

3．4．4 防屈曲支撑的附加阻尼比

3．5 防屈曲支撑框架算例

3．6 本章小结

参考文献

第4章 防屈曲支撑框架结构的分析方法

4．1 模态分析

4．2 振型分解反应谱法

4．3 时程分析法

4．3．1 直接积分法

4．3．2 快速非线性分析方法

4．4 静力非线性分析法

4．4．1 基本假定

4．4．2 等效单自由度体系

4．4．3 塑性铰的定义

4．4．4 侧向加载模式

4．4．5 实施步骤

4．5 本章小结

参考文献

第5章 防屈曲支撑在校舍加固中的应用分析

5．1 工程概况

5．2 结构弹性反应谱分析

5．2．1 振型和自振周期

5．2．2 层间位移角和水平位移

5．2．3 楼层剪力

5．3 结构时程分析

5．3．1 地震波的选取

5．3．2 多遇地震作用下的时程分析

5．3．3 设防地震作用下的时程分析

5．3．4 罕遇地震作用下的时程分析

5．4 静力非线性分析

5．4．1 参数设置

5．4．2 能力曲线

5．4．3 性能点

5．4．4 推覆至性能点时塑性铰发展过程

5．4．5 大震下层间位移角

5．5 本章小结

参考文献

第6章 防屈曲支撑设计参数优化研究

6．1 引言

6．2 防屈曲支撑框架模型的设计流程

6．3 大震下防屈曲支撑耗能性能比较

6．4 防屈曲支撑延性比率

6．4．1 防屈曲支撑(BRB)延性比率概念

6．4．2 层间最大位移(角)与延性比率的关系

6．4．3 算例证析

6．5 防屈曲支撑的竖向布置研究

6．5．1 防屈曲支撑的布置位置

6．5．2 防屈曲支撑的布置参数

6．6 本章小结

参考文献

第7章 与防屈曲支撑相接的梁构件实体应力分布研究

7．1 细部分析介绍

7．2 梁实体模型的建立

7．2．1 几何模型

7．2．2 物理模型

7．2．3 网格的划分

7．2．4 边界约束条件

7．2．5 模型的缺陷

7．3 框架梁受力对比分析

7．4 梁、柱及框架节点的工程加固方法

7．5 本章小结

参考文献

第8章 总结与展望

8．1 总结

8．2 下一步工作展望

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研工程项目