自复位防屈曲支撑及其钢框架结构的抗震性能分析

摘要

虽然传统的抗震结构体系通过合理的设计能够保证结构的安全，但是它们主要依靠主体结构的破坏来耗散地震能量。由于结构弹塑性变形过大引起的受力构件破坏或者震后残余变形较大，使得结构在震后不能继续使用并且难于修复。因此，研究一种在震后能够恢复到原来位置的结构体系来减小结构的破坏是一个亟待解决的问题。为实现这种结构，本文通过自复位防屈曲支撑来控制结构最大地震响应及实现结构自复位。为此，本文主要进行了以下工作：
　　（1）介绍了自复位防屈曲支撑的构造组成及组装方式，验算其强度、刚度及稳定性并阐述其工作原理、复位筋的力学性能及复位条件，最后给出支撑的性能评价指标。基于ABAQUS平台设计了自复位防屈曲支撑并建立其实体有限元模型。
　　（2）对自复位防屈曲支撑进行参数分析，分别以初始弯曲、复位筋截面面积、内核心截面面积、复位筋的弹性模量为分析参数。分析表明，自复位防屈曲支撑的耗能性能及复位性能受初始弯曲的影响不大；增加复位筋截面面积，支撑的复位能力增强，残余变形变小；增加内核心截面面积，支撑的复位能力减弱，残余变形增大；复位筋的弹性模量越小，支撑的滞回曲线越饱满，耗能能力越强，但是残余变形也越大。
　　（3）采用杆单元和非线性弹簧并联实现自复位防屈曲支撑构件在结构体系中的简化建模，建立自复位防屈曲支撑钢框架和防屈曲支撑钢框架有限元模型，基于三条地震动记录对应于多遇地震、罕遇地震及特大地震的地震作用，对自复位防屈曲支撑钢框架结构进行弹塑性时程分析。从结构顶层位移反应、楼层最大位移、层间位移角、残余变形及基底剪力等方面与防屈曲支撑钢框架进行对比分析。研究表明，自复位防屈曲支撑在控制结构地震响应和减小残余变形方面优于防屈曲支撑钢框架结构。
　　（4）研究自复位防屈曲支撑的第一刚度、第二刚度、预应力及内核心截面面积四个参数的变化对结构体系抗震性能的影响。首先进行单一参数变化下的自复位防屈曲支撑钢框架结构地震响应分析，研究了特大地震作用下各个参数对结构抗震性能的影响。然后，通过正交设计与均匀设计确定结构参数的组合方式，分析了各参数对结构抗震性能的影响，并基于极差和方差分析确定各参数对结构顶层最大位移、基底剪力及顶层残余变形影响的顺序。最后，基于正交设计和均匀设计的分析结果，建立了结构地震响应与各影响参数的回归方程。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景、目的及意义

1.2 防屈曲支撑的研究现状

1.3 自复位结构的研究进展

1.4 本文主要研究内容

第2章 自复位防屈曲支撑的原理及理论分析

2.1 引言

2.2 自复位防屈曲支撑的构造与设计

2.3 自复位防屈曲支撑的力学特性

2.4 复位筋的力学性能分析

2.5 自复位防屈曲支撑的工作原理

2.6 自复位防屈曲支撑的残余变形分析

2.7 自复位防屈曲支撑的性能评价指标

2.8 本章小结

第3章 自复位防屈曲支撑的有限元建模与分析

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立

3.3 有限元模型的验证

3.4 自复位防屈曲支撑的有限元模拟

3.5 自复位防屈曲支撑的性能参数分析

3.6 自复位防屈曲支撑模型简化

3.7 本章小结

第4章 自复位防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能分析

4.1 引言

4.2 结构设计资料

4.3 自复位防屈曲支撑结构模型

4.4 两种结构的比较准则及模型参数

4.5 结构的弹塑性时程分析

4.6 自复位防屈曲支撑结构的能力分析

4.7 自复位防屈曲支撑结构的综合评定

4.8 本章小结

第5章 自复位防屈曲支撑参数对结构性能的影响分析

5.1 引言

5.2 结构分析模型资料

5.3 自复位防屈曲支撑单参数变化对结构性能的影响分析

5.4 基于正交试验设计的多参数变化对结构性能的影响

5.5基于均匀试验设计的多参数变化对结构性能的影响

5.6 正交设计与均匀设计方案的比较

5.7 本章小结

结论与展望

参考文献

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致谢