人字形偏心支撑半刚接钢框架的动力特性分析

摘要

将偏心支撑作为半刚接钢框架的抗侧体系，是一种新型的框架支撑体系，可以称之为偏心支撑半刚接钢框架。一方面，这是对现有结构体系的完善和发展，偏心支撑可以弥补半刚接钢框架的不足，增大半刚接钢框架的弹性刚度，减小侧移，解决工程实际问题，并增加半刚接钢框架的使用范围；另一方面，两种耗能能力较强的体系相结合，应该表现出优越的抗震性能，这也是探索理想抗震体系的一个有益尝试。结构体系的动力特性，如周期、频率、阻尼等，是结构动力分析的基本参数，是抗震设计的依据。
　　 本文主要探讨了偏心支撑半刚接钢框架的动力特性，研究工作以有限元理论分析和试验研究密切配合为原则，有限元模态分析为主，试验结果用来对比验证有限元数据。
　　 试验为V形偏心支撑刚接、半刚接钢框架的动力特性试验。试验结果表明，刚接框架试件刚度大，能很快完成对地震能量的吸收，与之相比，半刚接框架试件刚度低，周期大，两框架自振周期均符合经验公式且与ANSYS有限元模型拟合良好。
　　 有限元分析由ANSYS完成，以人字形偏心支撑半刚接钢框架为研究对象，系统的探讨了梁柱连接节点初始转动刚度、偏心支撑类型、层数、跨数、耗能梁段长度、耗能梁段腹板加劲肋间距、支撑布置方式等参数对自振周期的影响，共分析了4个系列200个框架试件。计算数据表明：节点刚度增加导致结构刚度增加，周期减小；周期随框架层数、跨数、及耗能梁段长度的增加而增大；节点的初始转动刚度对单跨试件影响较小，多跨试件影响显著；支撑类型对结构周期无影响，宜选择匀质对称的支撑布置形式。
　　 最后，本文根据试验研究和有限元分析结果，总结出多跨人字形偏心支撑半刚接钢框架是一种良好的抗震体系，提出了人字形偏心支撑半刚接钢框架自振周期的计算公式，为相关工程的设计和抗震减灾工作提供了参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2半刚性节点的形式及特点

1.3偏心支撑的形式及特点

1.4偏心支撑半刚接钢框架的简述

1.5半刚性钢框架的研究现状

1.5.1半刚性节点的弯矩-转角关系

1.5.2半刚接钢框架的动力性能理论研究

1.5.3半刚接钢框架的动力性能试验研究

1.6偏心支撑钢框架的研究现状

1.6.1偏心支撑钢框架的动力性能理论研究

1.6.2偏心支撑钢框架的动力性能试验研究

1.7偏心支撑半刚接钢框架的研究现状

1.8各国规范的规定

1.8.1半刚性连接的有关规定

1.8.2偏心支撑钢框架的有关规定

1.8.3动力特性的有关规定

1.9现有研究的不足及本文的研究工作

1.9.1现有研究的不足

1.9.2本文研究的主要内容

第2章V形偏心支撑半刚接钢框架的试验研究

2.1试验目的

2.2钢板单向拉伸试验

2.3梁柱连接节点单向加载试验

2.3.1试件描述及装置

2.3.2量测方法及结果

2.4框架动力特性试验

2.4.1试件描述

2.4.2试验装置

2.4.3量测方法

2.4.4量测结果及结论

第3章人字形偏心支撑半刚接钢框架的有限元模型及验证

3.1引言

3.2模态分析的重要性及其理论

3.3人字形偏心支撑半刚接钢框架的有限元模型

3.3.1单元选取

3.3.2模态分析过程

3.4有限元程序验证

3.4.1 SHELL181模拟钢梁验证

3.4.2 COMBIN39弹簧连接验证

3.4.4半刚接钢框架动力试验验证

3.4.5 V形偏心支撑钢框架动力试验验证

第4章人字形偏心支撑半刚接钢框架的动力特性研究

4.1有限元试件设计

4.1.1试件描述

4.1.2试件设计原则

4.1.3材料参数

4.1.4试件单元划分和约束条件

4.1.5加载方式

4.1.6振型个数的选取

4.2有限元计算结果及分析

4.2.1对框架支撑类型的探讨

4.2.2对框架跨数的探讨

4.2.3对框架层数的探讨

4.2.4对梁柱节点初始刚度的探讨

4.2.5对耗能梁段长度的探讨

4.2.6对耗能梁段加劲肋间距的探讨

4.2.7对偏心支撑布置方式的探讨

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况