地震后有损伤钢框架结构抗震性能评估

摘要

建筑物在其生命周期的全过程中通常要受到许多种因素的作用，其中地震和强风是引起结构损伤的主要因素，结构的损伤累积无疑将对建筑物后续服役期中的抗力和剩余寿命产生重大的影响，建筑物的破坏通常是由于结构损伤并逐渐累积到一定程度引起的。本文针对有损伤钢框架结构的弹性分析、弹塑性分析、抗震分析方法和评价准则进行了深入的研究。 首先对存在焊缝裂纹的钢框架刚性连接节点(栓焊节点)进行研究，利用断裂力学的基本原理，推导出裂纹的有效长度和有效深度，获得了有损伤刚性连接节点的M-θ关系；根据数值分析结果，分析了节点损伤对钢框架结构静力和动力性能的影响，通过理论上引入可用于实测的损伤变量，导出了同时考虑节点损伤、材料损伤、轴向变形和剪切变形四种影响因素的梁单元弹性刚度矩阵；利用力法原理，导出了节点有损伤梁单元在集中荷载和均布荷载作用下梁端弯矩和跨中弯矩的计算公式。 为了研究有损伤钢框架结构的非线性受力性能，采用塑性铰模型对有损伤钢框架结构进行材料非线性分析，以梁、柱单元理论为基础，推导出考虑节点损伤的梁单元弹塑性刚度方程，进而分别导出了有损伤梁单元一端产生塑性铰、两端产生塑性铰和跨中产生塑性铰的单元刚度矩阵。 框架填充墙墙体对框架的侧向刚度可起到相当大的增强作用，因此，在对有损伤钢框架结构进行抗震性能评定时，必须考虑填充墙对结构抗震刚度的贡献。参考国外的研究资料，对于完全填充的填充墙，本文建议采用三个等效支撑模型进行模拟，而对有开洞的填充墙，采用简化的两支杆计算模型。 本文提出改进的多模态pushover分析方法，用以建立有损伤钢框架结构的能力谱曲线。求解结构在性能点处的响应时，为了考虑高阶振型对结构抗震性能的影响，首次把振型质量参与系数应用到模态推覆分析结果的组合中，并推导出了剩余使用年限小于50年的结构需求谱曲线计算公式。 结构的抗震性能评价准则大致可以归纳为三种：强度评价准则、变形或延性评价准则和能量评价准则。本文采用变形或延性评价准则，主要控制结构的层间位移角和顶点位移。最后以一个十层有损伤钢框架结构在罕遇地震下的抗震性能评定为例，提出了有损伤钢框架结构抗震性能评定的完整过程和计算流程，验证了本文所建议方法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2损伤的机理与因素

1.3结构损伤检测的研究历史与现状

1.4损伤累积的概念及研究

1.5存在的问题和本文的工作

第2章地震后有损伤梁柱节点的力学分析模型

2.1引言

2.2考虑损伤的刚性连接节点的转动刚度

2.3数值模拟算例

2.4小结

第3章考虑各种损伤因素的钢框架结构弹性分析

3.1引言

3.2钢材的损伤模型

3.3钢框架结构杆件初始变形的引入

3.4考虑节点损伤和几何非线性的钢框架结构弹性分析

3.5数值算例

3.6小结

第4章考虑主要损伤因素的钢框架结构非弹性分析

4.1引言

4.2塑性铰模型

4.3考虑节点损伤和材料非线性的梁单元弹塑性刚度矩阵

4.4数值算例

4.5小结

第5章填充墙的分析模型

5.1引言

5.2填充墙的简化几何模型

5.3填充墙材料的计算模型

5.4小结

第6章改进的多模态pushover分析方法

6.1引言

6.2结构抗震分析方法研究现状

6.3静力非线性分析

6.4改进的多模态pushover分析方法

6.5考虑结构剩余寿命的需求谱的建立

6.6结构抗震性能评定

6.7数值算例分析

6.8小结

第7章有损伤钢框架结构基于性能的抗震评估

7.1引言

7.2抗震性能评价准则

7.3位移评价准则

7.4算例分析

7.5结论

第8章结论与展望

8.1本文的主要研究工作及结论

8.2展望

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与所做工程情况