基于剪力比的屈曲约束支撑-混凝土框架结构设计方法研究

摘要

在屈曲约束支撑-混凝土框架结构中，屈曲约束支撑的设计对结构的抗震性能至关重要。近年来，国内外学者针对屈曲约束支撑框架体系提出了不同的设计方法，但目前关于该体系的设计方法仍存在一些不足。其中，基于能量的设计方法，受所选地震波特性的影响较大，计算繁复，不利于设计人员广泛使用;基于抗侧刚度比的设计方法，关键参数取值范围较为宽泛，无明确的设计依据来合理配置屈曲约束支撑，且不同学者给出的取值范围也有所不同。因此，本文针对屈曲约束支撑-混凝土框架结构，提出基于剪力比的设计方法，并对剪力比的取值范围以及主体框架结构的设计展开研究，旨在总结出一种简便并且适合实际工程的设计方法，为广大设计研究员提供参考。
　　本文首先介绍了屈曲约束支撑框架的特性以及目前常用的设计方法，总结了屈曲约束支撑构件的设计方法和性能特点以及力学模型。在此基础上明确了基于剪力比的设计方法的原理，并通过数值模拟对剪力比以及主体框架设计进行研究。
　　其次，为了研究剪力比的取值范围，本文设计了6层、9层、12层、15层4种层数的三维混凝土框架结构，对于每个框架结构，根据不同的剪力比α值(0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1.5,2)设置不同参数的BRB。然后基于弹塑性时程分析，得出不同层数的多个屈曲约束支撑-混凝土框架结构在罕遇地震下的最大层间位移角与不同剪力比α的关系曲线。同时，本文从能量的角度研究了结构在不同剪力比α下BRB的滞回耗能比的变化规律。最后优选出剪力比的合理取值范围为0.5＜α＜0.9。
　　然后，本文进一步研究了剪力比与主体框架的匹配性，在所得剪力比合理取值范围的基础上，通过固定剪力比不变，研究整体结构的层间位移角最大值随不同刚度的主体框架的变化规律，并最终给出主体框架层间位移角最大值的设计建议值。在此基础上，结合剪力比的合理取值范围，总结了基于剪力比的防屈曲支撑-混凝土框架结构的设计方法和流程。
　　最后，通过工程算例，对基于剪力比的设计方法和基于刚度比的设计方法进行对比，通过计算分析综合比较两种方案，结果表明两种方法设计出的屈曲约束支撑框架在罕遇地震下相比于纯框架结构均有良好的控制位移和控制扭转的效果，但是基于剪力比的设计方法计出的BRB设计屈服力吨位更小，滞回环更加饱满，耗能效率更高，并且计算相对简便。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 屈曲约束支撑框架的研究概况

1．2．1 屈曲约束支撑框架的研究

1．2．2 屈曲约束支撑的工程应用

1．3 屈曲约束支撑框架设计方法的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 现有研究存在的不足

1．4 本文研究目的及内容

第2章 屈曲约束支撑的设计理论与数值模拟

2．1 屈曲约束支撑的基本性能

2．1．1 屈曲约束支撑的构造与工作原理

2．1．2 屈曲约束支撑的重要性能参数

2．1．3 屈曲约束支撑的力学模型

2．2 屈曲约束支撑构件的设计要求

2．2．1 屈曲约束支撑芯材的设计

2．2．2 屈曲约束支撑的外套筒的设计

2．2．3 屈曲约束支撑构件设计的其他注意事项

2．3 屈曲约束支撑框架的数值模拟

2．3．1 基于SAP2000的数值模拟

2．3．2 基于Perform．3D的数值模拟

2．4 本章小结

第3章 屈曲约束支撑剪力比的匹配性

3．1 基于剪力比的设计方法原理

3．1．1 剪力比的概念

3．1．2 基于剪力比的设计方法原理

3．1．3 基于剪力比设计方法的优点

3．1．4 基于剪力比设计方法存在的技术难点

3．2 结构模型

3．2．1 模型的基本参数

3．2．2 屈曲约束支撑的选取

3．2．3 地震波的选取

3．3 剪力比的影响因素

3．4 剪力比的合理取值范围

3．4．1 6层结构模型分析结果

3．4．2 9层结构模型分析结果

3．4．3 12层结构模型分析结果

3．4．4 1 5层结构模型分析结果

3．4．5 剪力比的建议取值范围

3．5 本章小结

第4章 基于剪力比的设计方法

4．1 基于剪力比的方法设计原则

4．1．1 主体框架的设计原则

4．1．2 屈曲约束支撑屈服位移的确定

4．1．3 屈曲约束支撑的布置原则

4．2 框架设计建议值

4．2．1 主体框架模型的选取

4．2．2 剪力比为0．5时框架设计建议值

4．2．3 剪力比为0．7时框架设计建议值

4．2．4 剪力比为0．9时框架设计建议值

4．2．5 框架设计建议值

4．3 基于剪力比德设计方法流程

4．3．1 适用范围

4．3．2 设计流程

4．4 本章小结

第5章 基于剪力比和刚度比设计的屈曲约束支撑一混凝土框架抗震对比分析

5．1 工程概况

5．2 减震结构设计

5．2．1 基于剪力比的减震结构设计、

5．2．2 基于刚度比的减震结构设计

5．3 地震波的选取

5．4 结果分析

5．4．1 基于剪力比的设计方法结果分析

5．4．2 基于刚度比的设计方法结果分析

5．4．3 两种方案的结果对比

5．5 本章小结

结论与展望

主要工作及相应的结论

有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目