带填充墙—防屈曲支撑钢框架的抗震性能与耗能比例设计方法

摘要

与框架体系相比，框架-支撑体系是双重抗侧力结构体系，该体系能够增加结构侧向刚度、减小结构在地震作用下的位移。防屈曲支撑由于在受压时不会屈曲，克服了普通支撑在大震作用下容易发生受压屈曲而产生的结构薄弱层问题，且能够充分耗散地震能量，因此得到了较为广泛的应用。框架结构中的填充墙能够显著地影响甚至改变结构的抗震性能，从而导致已建成建筑物的实际抗震性能与设计存在较大差异。同时，实际结构的震害情况也表明:填充墙的破坏常常会造成生命和财产的重大损失。
　　本研究主要内容包括：⑴总结了防屈曲支撑的现有设计方法和填充墙对结构的影响，在查阅国内外文献的基础上，对防屈曲支撑和填充墙的研究现状进行了综述。⑵建立有限元模型，研究了填充墙和防屈曲支撑的布置方式对结构抗震性能的影响。其中，防屈曲支撑分别采用单斜、K形、人字、菱形四种布置方式;填充墙选用目前应用广泛的蒸压加气混凝土，采用三撑杆模型进行模拟。基于时程分析，总结了各结构在基本周期、层间位移角、框架柱轴力等方面的差异，并分析了产生这些差异的原因。⑶基于能量平衡原则，提出了考虑耗能比例的防屈曲支撑钢框架设计方法。以防屈曲支撑的截面面积和屈服位移为设计参数，首先，初选参数，对防屈曲支撑钢框架进行静力弹塑性Pushover分析，得到结构在地震作用下的最大层间位移角和支撑与框架的耗能比例;然后，不断改变防屈曲支撑的截面面积和屈服位移，得出截面面积—屈服位移—最大层间位移角的关系曲面，以及截面面积—屈服位移—耗能比的关系曲面;最后，根据设计要求给定的目标层间位移角，综合考虑耗能比，给出最终的设计结果。⑷提出将防屈曲支撑作为结构在地震作用下的第一道防线，合理设计防屈曲支撑，使其在填充墙破坏前进入屈服，并耗散地震能量。基于上述思想设计的结构在地震作用下，填充墙不会发生破坏，且主体结构得到了很好的保护。对其进行比设防烈度高1度的Pushover分析和时程分析，发现此时填充墙会发生破坏，但是结构的层间位移角仍然满足规范要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 防屈曲支撑概述

1．2．1 防屈曲支撑的组成

1．2．2 防屈曲支撑的研究现状

1．2．3 防屈曲支撑的设计方法

1．2．4 防屈曲支撑的应用

1．3 填充墙概述

1．3．1 填充墙对结构的影响

1．3．2 填充墙的研究现状

1．4 结构抗震性能分析方法

1．4．1 时程分析法

1．4．2 静力非线性分析方法

2 填充墙与防屈曲支撑的布置方式对结构抗震性能的影响

2．1 引言

2．2 模型的设计与建立

2．2．1 梁柱截面的设计

2．2．2 防屈曲支撑的设计

2．2．3 填充墙的模拟

2．2．4 模型的建立

2．3 基于时程分析的结构抗震性能

2．3．1 基本周期

2．3．2 层间位移角

2．3．3 框架柱轴力

2．3．4 框架柱的稳定性

2．4 本章小结

3 考虑耗能比例的防屈曲支撑钢框架设计方法

3．1 引言

3．2 设计思路

3．3 设计方法与步骤

3．4 设计算例

3．4．1 设计条件

3．4．2 防屈曲支撑的设计过程

3．4．3 设计结果的检验

3．5 本章小结

4 防屈曲支撑作为第一道防线的结构抗震性能

4．1 引言

4．2 防屈曲支撑的设计

4．2．1 以规范规定的2％层间位移角为设计目标

4．2．2 以防屈曲支撑在填充墙破坏之前屈服耗能为设计目标

4．3 不同设计目标下结构的抗震性能

4．3．1 模态分析

4．3．2 层间位移角

4．3．3 塑性铰分布

4．4 3号模型在9度大震下的抗震性能

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢