框架-人字形中心支撑双重抗侧力体系的静力和动力分析

摘要

框架-中心支撑体系是常用的双重抗侧力体系之一，目前作为一种经济、有效的抗震结构形式已被广泛应用于高层建筑结构中。但是设计不当的框架-中心支撑结构在罕遇地震中容易遭到严重破坏。
　　钢支撑的长细比限值及承载力验算方法是影响该体系抗震性能的关键因素。试验研究表明，长细比较大的钢支撑趋向于具有较好的低周疲劳性能及耗能能力。国内规范对钢支撑长细比限值的规定非常严格，并且在支撑承载力验算时强化了支撑，可能会引来较大的地震作用，不利于经济设计。与此相反，特殊中心支撑框架的设计方法却是更经济、合理的。
　　本文首先利用有限元软件SAP2000，按照不同长细比限值和不同支撑承载力验算方法设计了相应的结构模型。
　　利用有限元程序ABAQUS/standard，考虑几何或材料非线性，对模型进行了静力弹塑性分析和弹性、弹塑性时程分析。比较了不同设计方法对结构支撑用钢量、刚度、水平极限承载力、框架剪力分担率、顶层绝对加速度、顶层相对位移、层间侧移、层位移、底部剪力等的影响。
　　最后，针对国内外两种不同的框架抗剪能力验算方法，分别建立了相应的结构模型进行验证，并对它们在第一抗震设计阶段和罕遇地震作用下的框架剪力分担率作了比较。

目录

框架-人字形中心支撑双重抗侧力体系的静力和动力分析

STATIC AND DYNAMIC ANALYSES OF DUAL SYSTEMS OF CONCENTRICALLY CHEVRON BRACED FRAMES

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 双重抗侧力体系简介

1.3 国内外研究现状

1.3.1 钢支撑长细比对其滞回性能的影响

1.3.2 框架-中心支撑双重抗侧力体系

1.4 钢支撑及框架-中心支撑体系研究存在的几个问题

1.4.1 支撑斜杆的受压承载力验算公式

1.4.2 支撑长细比限值

1.4.3 双重体系中框架的剪力分担率

1.5 本文研究的目的和意义

1.6 本文研究的主要内容

第2章 有限元模型的建立及其可行性验证

2.1 钢框架-中心支撑结构模型设计

2.2 有限元模型的建立

2.2.1 几何模型

2.2.2 边界约束条件

2.2.3 材料特性

2.2.4 单元的选取

2.2.5 网格划分

2.2.6 材料阻尼定义

2.2.7 ABAQUS非线性方程组的迭代策略及其收敛控制

2.3 模型的缺陷

2.4 有限元分析的可行性验证

2.4.1 模型概况

2.4.2 计算结果与实验结果对比

2.5 本章小结

第3章 支撑设计方法对框架-中心支撑体系受力性能的影响

3.1 框架-中心支撑结构设计的有关规范比较

3.1.1 钢支撑杆件长细比限值

3.1.2 钢支撑承载力验算方法

3.2 模型设计方法及构件截面尺寸

3.3 钢支撑设计

3.4 地震波情况及提取节点的确定

3.5 静力弹塑性分析

3.5.1 侧向荷载分布方式的确定

3.5.2 计算及结果分析

3.6 支撑长细比对第一抗震设计阶段框架剪力分担率的影响

3.7 支撑和内横梁用钢量的统计

3.8 模型F12在多遇地震下的弹性时程分析

3.8.1 模型F12顶层绝对加速度反应

3.8.2 模型F12的位移反应

3.8.3 模型F12底部剪力反应

3.9 罕遇地震下的弹塑性时程分析

3.9.1 各模型的动力特性及Rayleigh阻尼系数

3.9.2 模型顶层绝对加速度反应

3.9.3 模型位移反应

3.9.4 框架模型底部剪力反应

3.10 本章小结

第4章 双重体系中框架抗剪能力验算方法的探索

4.1 国内外规范对双重体系中框架抗剪能力验算方法的规定

4.2 模型的设计思路

4.2.1 顶部验算法模型

4.2.2 均布验算法模型

4.3 各模型的构件截面尺寸

4.3.1 模型F6构件截面尺寸

4.3.2 模型F12构件截面尺寸

4.3.3 模型F16构件截面尺寸

4.4 框架的剪力分担率比较

4.4.1 第一阶段抗震设计中框架的剪力分担率

4.4.2 罕遇地震下框架的剪力分担率

4.5 关于模型F6的说明

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢