可更换式钢框架偏心支撑耗能梁段的研究与应用

摘要

近年来，偏心支撑框架结构在建筑结构工程中得到越来越广泛的应用。其中，耗能梁段作为结构的“保险丝”起着耗散地震输入能量减轻结构主要构件地震损伤的重要作用，是影响结构整体性能的关键因素之一。在地震作用下耗能梁段将先进入弹塑性，而梁、柱、支撑等结构主要构件保持弹性。然而传统耗能梁段是框架梁的一部分，耗能梁段在震后不易修复且代价较高。
　　针对传统偏心支撑耗能梁段的诸多不足，将耗能梁段的腹板和翼缘相互独立，腹板采用低屈服点钢而翼缘采用高强钢，腹板通过螺栓与周边构件相连。分析结果表明，通过合理设计耗能梁段的截面尺寸与长度，在地震作用下低屈服点钢腹板屈服耗能，高强翼缘保持弹性。震后可仅替换腹板，腹板拆除后耗能梁段残余变形较小，结构可修复性能良好。本文主要进行了以下几方面的工作:
　　(1)对4个新型耗能梁段试件进行了低周往复荷载试验，对试件的抗震性能指标，包括滞回曲线、刚度退化、耗能能力等进行分析。试验结果表明新型耗能梁段具有良好的滞回耗能性能，并且耗能腹板完全屈服后，外框虽屈服但未屈曲，表明该新型耗能梁段具有良好的工程应用前景。
　　(2)对耗能梁段试件进行了深入的数值模拟分析，将试验值与模拟值进行对比，两者吻合较好。此外，对耗能梁段的耗能规律、螺栓受力等进行了补充分析。
　　(3)提出了新型耗能梁段的简化力学模型，通过对耗能梁段外框翼缘及耗能腹板的弹性变形计算，对耗能梁段的工程应用提供一些参考。
　　(4)对耗能梁段进行了深入的参数优化分析，研究耗能腹板高宽比及其强度等级，以及外框翼缘加劲肋对耗能梁段变形性能和耗能性能的影响，为以后的工程设计提供一些建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 传统钢框架偏心支撑耗能梁段的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 新型钢框架偏心支撑耗能梁段的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 剪力墙钢连梁研究现状

1．4 本文的研究目的、内容及意义

1．4．1 低屈服点腹板耗能梁段概念

1．4．2 研究目的与意义

1．4．3 主要研究内容

1．5 论文组织结构

参考文献

第二章 可更换式钢框架偏心支撑耗能梁段的试验研究

2．1 引言

2．2 腹板可更换式耗能梁段

2．3 试验概况

2．3．1 试验目的

2．3．2 试件设计

2．3．3 试验加载

2．3．4 试验量测

2．4 试验现象

2．4．1 试验过程

2．4．2 试件应力应变发展

2．5 试验结果

2．5．1 滞回曲线

2．5．2 骨架曲线

2．5．3 耗能性能

2．5．4 刚度退化

2．5．5 Z型试件螺栓滑移分析

2．5．6 B型试件端板变形分析

2．6 本章小结

参考文献

第三章 可更换式钢框架偏心支撑耗能梁段的数值分析

3．1 引言

3．2 ABAQUS有限元软件简介

3．3 材料的本构模型

3．3．1 屈服准则

3．3．2 硬化准则

3．3．3 本构关系曲线

3．4 主要前处理过程

3．4．1 试件的几何模型

3．4．2 边界条件与加载控制

3．4．3 定义相互作用

3．4．4 单元选择与网格划分

3．4．5 求解设定

3．5 有限元计算结果与分析

3．5．1 数值滞回曲线与试验结果对比

3．5．2 数值骨架曲线与试验结果对比

3．5．3 试件的耗能规律分析

3．5．4 试件应力分布规律分析

3．5．5 试件主要试验现象分析

3．6 本章小结

参考文献

第四章 可更换式钢框架偏心支撑耗能梁段的理论分析

4．1 引言

4．2 力学模型的提出

4．3 力学模型的计算

4．3．1 力学模型的内力计算

4．3．2 力学模型的变形计算

4．4 耗能梁段的弹性变形计算

4．4．1 外框翼缘的极限弹性变形

4．4．2 耗能剪切板的极限弹性变形

4．4．3 外框弹性下耗能腹板屈服条件

4．5 本章小结

参考文献

第五章 可更换式钢框架偏心支撑耗能梁段的优化分析

5．1 引言

5．2 耗能腹板高宽比的影响研究

5．2．1 高宽比对变形性能的影响

5．2．2 高宽比对耗能性能的影响

5．3 外框翼缘加劲肋的影响研究

5．3．1 加劲肋对变形性能的影响

5．3．2 加劲肋对耗能性能的影响

5．4 耗能腹板材质的影响研究

5．4．1 耗能腹板材质对变形性能的影响

5．4．2 外框弹性下耗能腹板材质的选用

5．5 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

作者攻读硕士学位期间发表论文

致谢