K型偏心支撑半刚接钢框架弹塑性受力性能研究

摘要

偏心支撑半刚接钢框架结构集合了偏心支撑钢框架及半刚性连接钢框架两种结构的优点，是一种崭新结构体系。半刚性连接钢框架具有延性好的特点，但结构刚度较弱，偏心支撑能为钢框架结构提供较大的抗侧移刚度，将二者结合能够弥补双方的不足，使其各自的优势得到充分发挥，是一种具有卓越抗震性能的结构体系。但我国对于该类型结构体系的理论及试验研究相对匮乏，在工程应用中没有完善的设计及分析理论，故本课题特针对K型偏心支撑半刚接钢框架进行了研究，以丰富该结构在工程应用中的理论依据。
　　本文通过有限元软件SAP2000建立了10个12层的K型偏心支撑半刚接钢框架模型，其中6个以耗能梁段的长度为变量、4个以梁柱节点初始转动刚度为变量，分别对其进行了模态分析及静力非线性Pushover分析，以研究其对结构动力特性及弹塑性受力性能的影响。研究结果表明:随耗能梁段的增长，结构周期变大，尤其对于前三阶振型，增幅高达3.3％～6.3％，对于高阶振型的周期影响较小;结构顶点及性能点的水平位移增大，基底剪力及性能点处的加速度减小。耗能梁段变长，会降低结构的抗侧移刚度值;变短，则会增加刚度使其难以屈服，故建议对于本文所建的结构模型，耗能梁段长度取值宜在1000mm～1250mm之间，既能保证结构的抗侧移刚度，也有利于塑性铰的发展。当节点初始转动刚度小于S×105kN·m/rad时，刚度增大会使结构周期及顶点和性能点处侧移减小、基底剪力及性能点处加速度增大，塑性铰的数量也越多;但当节点初始转动刚度大于5×105kN·m/rad时，刚度的增加对结构各参数的影响甚微，可忽略不计，故本文建议半刚性连接初始转动刚度的取值宜为1×105kN·m/rad～5×105kN·m/rad。耗能梁段长度及节点初始转动刚度的改变对结构在X、Y方向的质量参与系数影响较小，可忽略不计。

目录

摘要

1．1 选题背景及研究意义

1．2 偏心支撑钢框架研究现状

1．2．1 偏心支撑钢框架国外研究现状

1．2．2 偏心支撑钢框架国内研究现状

1．3 半刚性连接钢框架研究现状

1．3．1 半刚性连接钢框架国外研究现状

1．3．2 半刚性连接钢框架国内研究现状

1．4 本文研究的主要内容

2 偏心支撑半刚接钢框架结构设计及分析原理

2．1 偏心支撑钢框架设计

2．1．1 偏心支撑的常见形式

2．1．2 偏心支撑钢框架的工作原理

2．1．3 耗能梁段设计

2．1．4 其它构件设计

2．2 半刚性连接钢框架设计

2．2．1 梁柱连接节点的类型

2．2．2 半刚性连接的典型构造

2．2．3 半刚性连接的转角位移关系模型

2．2．4 半刚性连接钢框架设计

2．3 静力非线性分析方法

2．3．1 静力非线性分析的原理和优势

2．3．2 Pushover分析的基本假定

2．3．3 等效单自由度体系的建立

2．3．4 Pushover建模及分析的步骤

2．3．5 Pushover分析的任务

2．3．6 Pushover分析的侧向加载模式

2．4 本章小结

3 结构模型的建立及模态分析

3．1 有限元软件的选取

3．2 模型的建立

3．3 耗能梁段长度变化对模态分析的影响

3．3．1 耗能梁段长度对结构基本自振周期的影响

3．3．2 耗能梁段长度对结构质量参与系数的影响

3．4 梁柱节点初始转动刚度对模态分析的影响

3．4．1 节点初始转动刚度对结构基本自振周期的影响

3．4．2 节点初始转动刚度对结构质量参与系数的影响

3．5 本章小结

4 非线性静力弹塑性分析

4．1 耗能梁段长度对Pushover分析的影响

4．1．1 耗能梁段长度对结构自振周期及基底剪力-顶点位移关系的影响

4．1．2 耗能梁段长度对性能点的影响

4．1．3 耗能梁段长度对塑性铰的影响

4．2 节点初始转动刚度对Pushover分析的影响

4．2．1 节点初始转动刚度对结构自振周期及基底剪力-顶点位移关系的影响

4．2．2 节点初始转动刚度对性能点的影响

4．2．3 节点初始转动刚度对塑性铰的影响

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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