可替换独立剪切耗能梁段的有限元分析与试验研究

摘要

纯框架结构与钢框架—支撑结构是最常用的钢结构形式。钢框架-支撑结构抗侧移刚度较高，但大震作用下，支撑易发生屈曲失稳。因此偏心支撑钢框架设计构想被提出。大震时，偏心支撑钢框架的耗能梁段首先进入塑性进行耗能。当前的国内外的设计方法中，都是将耗能梁段设计成框架梁的一部分，这会使得耗能梁段尺寸被过分放大,进而导致其它结构构件被放大；大震下，无法准确的对结构产生塑性变形的部位进行定位；耗能梁段产生塑性变形后，由于耗能梁段就是部分框架梁,修复替换非常困难；由于耗能梁段的尺寸被放大，耗能梁段进入屈服时，与其相连的框架梁附加应力也会很大。
　　本文提出了偏心支撑钢框架中的剪切型耗能梁段进行独立设计思路。将耗能梁段设计成独立的构件，将其通过端板连接的方式与框架梁相连接，形成带可替换的剪切耗能梁段的偏心支撑钢框架。这不仅能使产生的塑性变形集中定位于这种可替换独立耗能梁段上，降低总体结构的成本，还可以解决震后维修困难等问题。
　　为研究带可替换的剪切耗能梁段的偏心支撑钢框架的性能，有必要对可替换独立剪切型耗能梁段性能进行研究。本文对不同参数的可替换独立剪切型耗能连梁梁段进行了有限元模拟分析和试验研究，研究分析了独立的耗能梁段耗能性能、破坏模式、关键部位和框架梁的应力分布。主要得出了以下结论:
　　(1)作为可替换独立剪切耗能梁段，其延性、承载力都良好。在循环荷载下，可替换独立剪切耗能梁段的滞回性能稳定，耗能性能良好。
　　(2)试验发现，循环荷载下可替换独立剪切耗能梁段的破坏体现为端板处焊缝断裂与梁段的翼缘发生屈曲破坏和腹板发生剪切破坏。
　　(3)研究发现，在循环荷载下，可替换独立剪切耗能梁段塑性变形都集中在耗能梁段上。在与之连接的框架梁上的应力较小并未发现进入塑性区域。实现了将塑性变形定位于耗能梁段上、减小框架梁上附加的应力和耗能梁段首先发生屈服进行耗能，以保护框架梁的目的。
　　(4)本文所得到的可替换独立剪切耗能梁段的性能为将其引入偏心支撑钢框架做好了前期准备。

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第 1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究方法、创新之处及主要内容

第 2章 偏心支撑钢框架基本理论

2.1 偏心支撑钢框架耗能工作原理

2.2 耗能梁段的长度对 EBFs 弹性刚度和强度的影响

2.3 耗能梁段的受力分析

2.4 EBFs 设计计算要求

第 3章 有限元模拟研究

3.1 概论

3.2 软件介绍

3.3 建立模型时结构非线性

3.4 有限元分析步骤

3.5 有限元模型的建立

3.6 加载制度

3.7 有限元模拟结果分析

本章小结

第 4章 可替换剪切耗能梁段试验验证

4.1 试验目的

4.2 试验方法

4.3 试验设计

4.4 试件设计及试件材性参数

4.5 数据采集及测点布置

4.6 试验加载制度

4.7 试验现象

4.8 破坏模式

4.9 腹板应力分析

4.10 试件腹板屈曲分析

4 . 11 试件的滞回性能

4.12 试件的骨架曲线

4.13 有限元分析与试验结果比较

本章小结

结论、建议及展望

结论

建议

展望

参考文献

致谢

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