BRB的布置方案对钢框架结构抗震性能的影响

摘要

随着城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，越来越多的土木工程结构采用高层建筑。高层建筑中框架结构的使用十分普遍，带支撑的框架结构可以有效地降低结构的侧向位移，但在强震作用下支撑易产生屈曲，造成支撑部位的破坏和失效，其滞回耗能作用会大大减弱，从而使整体结构的减震性能降低。为了解决普通支撑受压屈曲和滞回性能差的问题，国外学者研究出一种性能优良的防屈曲支撑(BRB)装置。防屈曲支撑在抵御大震时的能力更强，大震后即使防屈曲支撑发生了较大屈服，也能够很方便地更换，不影响建筑整体使用。 鉴于防屈曲支撑和错列钢支撑框架结构的优点，本文提出了一种错列防屈曲支撑框架结构布置方案体系，主要开展了以下工作: (1)提出了错列防屈曲支撑框架结构，给出了错列防屈曲支撑框架结构的布置形式;总结了防屈曲支撑设计中需要的相关参数取值方法，并对改进后的Bouc-Wen模型进行了相关公式的推导，建立了可以通过数学方法近似求解模型的直接求解表达式，没有迭代过程，不需要收敛区间，可以通过手算求解方程。 (2)采用不同的BRB布置方案，对无支撑框架结构、错列布置BRB框架结构和普通布置BRB框架结构分别进行了Push-over分析，通过对几种不同框架结构的塑性铰发展趋势和途径、基底剪力-位移曲线以及能力谱和需求谱曲线的研究，得到了错列布置BRB框架结构与普通布置的BRB框架结构具有相似的塑性铰发展趋势，提出两种改进的错列布置BRB框架结构模型，得到了造价更低抗震性能无明显下降的支撑布置方式，验证了错列防屈曲支撑框架结构在实际工程中使用的可行性。 (3)利用SAP2000软件分别对无支撑、普通防屈曲支撑及错列防屈曲支撑的框架结构进行了动力特性分析和地震弹塑性时程分析，通过对比分析验证了错列防屈曲支撑框架结构体系良好的抗震性能和优越的经济效益。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景和研究目的

1．2 防屈曲支撑基本概念、研究及应用进展

1．2．1 防屈曲支撑介绍

1．2．2 防屈曲支撑国内外研究及应用现状

1．3 错列布置防屈曲支撑框架体系的理论

1．4 本文主要工作

2 防屈曲支撑的理论与设计方法简介

2．1 防屈曲支撑布置原则

2．2 防屈曲支撑的等效截面面积

2．3 防屈曲支撑的等效刚度

2．3．1 弹性刚度

2．3．2 弹塑性刚度

2．4 防屈曲支撑的名义抗侧刚度比

2．5 防屈曲支撑的承载力和屈服位移计算公式

2．5．1 设计承载力

2．5．2 屈服承载力

2．5．3 极限承载力

2．5．4 屈服位移

2．6 防屈曲支撑的力学模型

2．6．1 双线性及多折线模型

2．6．2 Ramberg-Osgood模型

2．6．3 Bouc-Wen模型

2．6．4 防屈曲支撑的滞回模型

2．6．5 改进的Bouc-Wen模型及其表达形式

2．7 防屈曲支撑的设计流程和计算分析软件介绍

2．7．1 防屈曲支撑的设计流程

2．7．2 PKPM软件

2．7．3 SAP2000和ETABS软件

2．7．4 MIDAS GEN软件

2．7．5 ANSYS软件

2．8 本章小结

3 防屈曲支撑不同布置方案下的结构静力非线性分析

3．1 引言

3．2 结构设计与有限元建模

3．2．1 结构设计

3．2．2 荷载工况

3．2．3 有限元建模及材料本构关系

3．3 结构动力特性分析

3．4 荷载施加控制过程

3．5 几种不同结构模型非线性静力分析

3．5．1 结构的塑性铰发展历程

3．5．2 基底剪力-顶点位移曲线

3．5．3 结构能力谱与需求谱

3．6 底层框架柱轴力

3．7 改进的模型

3．8 本章小结

4 防屈曲支撑不同布置方案下的结构动力非线性分析

4．1 引言

4．2 设计自然条件和地震波的选择

4．3 多遇地震下时程分析结果

4．3．1 楼层侧移和层间位移角

4．3．2 结构顶点位移

4．3．3 结构顶层加速度

4．3．4 防屈曲支撑轴向力

4．4 罕遇地震下时程分析结果

4．4．1 楼层侧移和层间位移角

4．4．2 结构顶点位移

4．4．3 结构顶层加速度

4．4．3 防屈曲支撑轴向力

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢