组合圆环抗震耗能支撑体系及设计方法

摘要

组合圆环耗能支撑，是一种具有良好耗能能力的新型支撑结构。其中，组合圆环耗能支撑是由支撑和组合圆环阻尼器组成。组合圆环耗能支撑作为优秀的抗侧力构件，在受力作用时通过拉压变形进行耗能，具有良好的刚度和滞回性能，而且它设计简单、易制作、易安装、更换方便、性价比高，所以组合圆环耗能支撑在工程中的应用会越来越普遍化。
　　目前国内外众多学者主要对耗能支撑结构的深入研究主要集中在耗能支撑的承载力、耗能能力以及防屈曲问题方面，已得出相应的结论和成果。然而，对阻尼器与支撑相结合形成新型阻尼支撑、新型阻尼支撑对钢框架抗震性能的影响以及新型阻尼支撑钢框架结构设计方法的研究内容尚属空白，因此本文提出一种新型阻尼支撑-组合圆环耗能支撑。
　　本文通过合理的假定提出了钢框架-组合圆环耗能支撑结构的设计方法。以办公楼为设计原型，设计了一榀六层钢框架-组合圆环耗能支撑结构。根据计算结果，选取底部两层钢框架-组合圆环耗能支撑结构并以原比例进行两层、单跨结构进行建模。
　　根据各构件功能本文提出钢框架-组合圆环耗能支撑结构侧向力传力途径为:钢框架通过节点板将侧向力传给组合圆环耗能支撑;组合圆环耗能支撑通过自身变形将所承受的侧向力传递给钢框架;钢框架通过自身的变形将侧向力向下传递给基础。通过传力分析得出钢框架以及组合圆环耗能支撑的计算方法。
　　本文根据前面的设计方法和计算结果，建立了组合圆环阻尼器、钢框架-组合圆环耗能支撑、钢框架-中心支撑以及钢框架-偏心支撑结构四种结构的非线性有限元模型以及模拟循环荷载下的工作状态。为研究钢框架-组合圆环耗能支撑结构的力学性能和耗能能力，因此本文建立了钢框架-中心支撑和钢框架-偏心支撑作为对比分析。通过滞回曲线和应力图对四种结构的整体及局部受力性能、传力机制和滞回耗能能力进行有限元分析。研究结果表明:组合圆环阻尼器不仅拥有良好承载力和初始刚度，而且拥有良好耗能能力;钢框架-组合圆环耗能支撑结构拥有足够的承载力、初始刚度以及良好的耗能能力;钢框架-组合圆环耗能支撑结构承载能力和其他两组钢框架-支撑结构相近，而初始刚度却弱于其他两组钢框架-支撑结构;钢框架-组合圆环耗能支撑支撑结构的滞回耗能能力明显好于钢框架-中心支撑结构，稍好于钢框架-偏心支撑结构。钢框架-组合圆环耗能支撑结构明显延缓了或者避免了钢框架-中心支撑过早受压屈曲问题以及避免了钢框架-偏心支撑通过牺牲梁的破坏达到抗震效果问题。
　　本文首次提出组合圆环耗能支撑新型结构，不仅结合了阻尼器和支撑体系各自的优点，而且完善了目前的抗震结构体系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 支撑体系的研究进展

1．3 新型组合圆环耗能支撑结构研究

1．3．1 组合圆环耗能支撑结构的提出

1．3．2 组合圆环耗能支撑结构构造

1．3．3 组合圆环耗能支撑结构的研究现状

1．4 本文的研究内容

1．4．1 前人研究的不足

1．4．2 本文研究工作

第二章 组合圆环耗能支撑结构设计方法

2．1 原型结构选取

2．2 钢框架设计

2．3 地震力计算

2．4 组合圆环耗能支撑设计

2．4．1 内支撑构件受力模型简化设计

2．4．2 支撑杆截面计算

2．4．3 组合圆环尺寸及承载力计算

2．4．4 上下支撑杆连接设计

2．4．5 组合圆环耗能支撑尺寸选取

2．4．6 SCRB结构模型尺寸

2．5 组合圆环阻尼器有限元模拟分析

2．5．1 有限元建模

2．5．2 计算结果分析

2．6 本章小结

第三章 钢框架-组合圆环耗能支撑非线性有限元分析

3．1 有限元概述

3．2 有限元模拟

3．2．1 单元类型选取和材料属性

3．2．2 网格划分

3．2．3 相互作用与接触

3．2．4 边界条件设置及加载求解控制

3．3 计算结果及对比分析

3．3．1 单调加载下位移-荷载曲线分析

3．3．2 滞回性能分析

3．3．3 塑性破坏模式分析

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论及建议

4．2 后续及展望

参考文献

致谢

一、在校期间发表的学术论文