基于能量平衡的延性交错桁架塑性设计方法研究

摘要

混合式交错桁架结构抗震性能较差,破坏时呈脆性破坏,这极大地限制了该结构体系的应用范围,目前该体系仅被建议用于抗震设防烈度为八度及以下的地区。改善其抗震性能以推广这种结构成为现在迫切需要解决的问题。
　　普通交错桁架结构破坏时主要表现为斜腹杆破坏,但鉴于在横向荷载作用下,混合式交错桁架结构中间空腹节间两端的弦杆所受的剪力及弯矩较大,而构件的剪切屈服耗能及弯曲屈服耗能的能力远大于轴向耗能,为改善其抗震性能,本课题引入偏心支撑钢框架的耗能思路,提出了延性交错桁架结构体系的概念:即将交错桁架结构体系中间空腹节间设计为延性区段,在罕遇地震作用时,延性区段进入塑性状态参与耗能,结构其余部分保持弹性,从而形成多重抗侧力体系。
　　而基于能量的设计方法可以控制结构的损伤分布,故在 Goel提出的基于性能的塑性设计方法(PBPD)基础上,提出延性交错桁架结构体系基于能量平衡的塑性设计方法:即确定整体失效模式的基础上,构建能量平衡方程,由此对延性区段进行塑性设计。通过求解延性区段的反作用力,设计结构其他构件,保证延性区段以外构件在罕遇地震作用时保持弹性。
　　首先按照弹性设计方法设计了一个12层普通交错桁架试件,然后在相同设计条件下,按照本文提出的基于能量平衡的延性交错桁架塑性设计方法设计了一个延性交错桁架试件。对二者的分析表明基于能量平衡的延性交错桁架塑性设计方法有效地实现了预期目标:即保证结构预期失效模式的出现,使所设计的延性交错桁架的延性区段均参与到结构耗能中,延性区段以外构件均能保持弹性;使结构层间位移沿高度趋于均匀,避免了损伤局部集中,同时能保证结构最大层间位移角满足规范要求。分析表明利用本文提出的基于能量平衡的延性交错桁架塑性设计方法设计的延性交错桁架抗震性能得到很大改善,并实现了预期破坏模式。

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1 绪论

1.1 概述

1.2 交错桁架结构体系的特点

1.3 交错桁架结构体系的研究现状

1.4 基于能量法的抗震设计方法研究现状

1.5 本课题研究背景及研究内容

2 延性交错桁架结构体系能量平衡方程的提出

2.1 引言

2.2 延性交错桁架能量平衡方程 [26]

2.3 延性交错桁架基底屈服剪力的求解

2.4 本章小结

3 基于能量平衡的延性交错桁架塑性设计方法提出

3.1 引言

3.2 延性区段的塑性设计过程

3.3 延性交错桁架其他构件的弹性设计

3.4 本章小结

4 基于能量平衡塑性设计的延性交错桁架分析验证

4.1 前言

4.2 设计过程

4.3 基于能量平衡塑性设计的延性交错桁架有效性验证

4.4 基于能量平衡塑性设计的延性交错桁架抗震性能验证

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 研究成果及结论

5.2 展望

致谢

参考文献