防屈曲约束支撑对钢框架结构抗震性能及抗地震倒塌性能的影响研究

摘要

随着抗震设防水平的提高，单纯的增大截面、增加配筋、提高材料强度等级等方法已不能满足高烈度区建筑结构的抗震性能需求，同时人们对地震作用认识越来越清晰，抗震性能化设计越来越重要。防屈曲约束支撑作为一种新型的地震耗能元件，已逐渐被人们广泛应用与建筑、桥梁等结构中，不仅能够有效补偿结构抗侧刚度，同时还能够在弹塑性阶段吸收大地的地震能，降低建筑地震损伤。 然而，在中国防屈曲约束支撑的研究起步相对较晚，工程应用经验有待提高，同时关于防屈曲约束支撑对结构抗连续倒塌的作用的研究成果甚少。基于此，本文依托实际工程，开展防屈曲支撑对钢框架结构的抗震性能及抗地震侧向倒塌性能的影响研究，主要内容及结论如下： 1）针对实例工程进行反应谱分析，得出该结构存在的扭转不规则、钢框架梁抗震承载力不满足要求等问题。结合防屈曲约束支撑的设计要求，制定合理的布置方案。对比分析防屈曲约束支撑布置前后钢框架结构力学性能，结果表明防屈曲约束支撑的布置能够有效改善结构扭转不规则，分担部分水平地震作用及风荷载，并优化层间位移的分布。 2）利用动力弹塑性时程分析方法，进一步分析在大震作用下防屈曲约束支撑对钢框架结构力学性能的影响。结果表明：防屈曲约束支撑能够延缓钢框架结构整体进入弹塑性状态的时间，显著增加结构的耗能能力；同时防屈曲约束支撑能够很好地控制结构整体刚度及变形，防止结构因发生过大变形而引起倒塌。 3）利用IDA分析方法，分析防屈曲约束支撑结构的抗倒塌能力，结果表明防屈曲约束支撑能够保证建筑具有良好的抗倒塌能力，尤其在小震及中震作用下，结构基本不发生倒塌现象，而大震作用下结构抗倒塌能力能够得到保障。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 防屈曲约束支撑的发展、研究及应用

1.3.1防屈曲约束支撑的发展

1.3.2 防屈曲约束支撑的研究现状

1.3.3 防屈曲约束支撑的应用

1.4结构地震倒塌破坏特性

1.4.1 结构地震响应的不确定性

1.4.2 结构抵御地震作用的系统性

1.4.3 抗倒塌性能与抗震性能

1.5 抗地震倒塌设计规范

1.5.1 外国规范

1.5.2 中国规范

1.6 研究问题的提出

1.6.1防屈曲约束支撑的推广应用

1.6.2 多指标评价防屈曲约束支撑对结构抗震性能的影响

1.6.3 抗地震倒塌设计要求

1.7 研究内容

第2章 防屈曲约束支撑基本理论

2.1 防屈曲约束支撑的基本性能

2.1.1防屈曲约束支撑的组成及力学模型

2.1.2 防屈约束支撑的减震工作原理

2.2 防屈曲约束支撑的适用范围及抗震设防

2.2.1 适用范围

2.2.2 抗震设防

2.3 防屈曲约束支撑的主要作用和设计原则

2.3.1主要作用

2.3.2 设计方法

2.3.3 布置原则

第3章 基于防屈曲约束支撑的钢框架结构力学性能分析

3.1工程概况

3.2 数值模型

3.3 反应谱分析

3.3.1周期及振型

3.3.2 剪重比

3.3.3 层间刚度

3.3.4 强度验算

3.4 防屈曲约束支撑的布置

3.5 弹性状态下防屈曲约束支撑对钢框架结构抗震性能的影响

3.5.1 振动周期

3.5.2 水平地震作用效应

3.5.3 层间位移

3.6 风荷载作用下防屈曲约束支撑对钢框架结构的影响

3.6.1 位移

3.6.2 应力分布

3.6.3 局部框架应力线

3.7地震作用与风荷载共同作用下结构侧向变形分析

3.8 本章小结

第4章 防屈曲约束支撑对钢框架结构弹塑性性能的影响

4.1 动力弹塑性分析

4.2 地震波的选择方法

4.3 内力指标

4.3.1剪力值

4.3.2层间剪力时程曲线

4.4位移指标

4.4.1层间位移角

4.4.2顶点位移时程曲线

4.5能量指标

4.6不同层次滞回曲线

4.7 构件损伤分布

4.8 本章小结

第5章 基于IDA的钢框架结构抗地震倒塌分析

5.1 IDA方法的基本理论

5.2 IDA方法的基本步骤

5.3 IDA方法的重要参数选取

5.3.1地震波的选取

5.3.2 IM和DM指标确定

5.3.3 SF（Scale Factor）的确定

5.3.4 极限状态的确定

5.4 IDA方法分析结果

5.4.1单条IDA曲线绘制

5.4.2 多条IDA曲线分析

5.5 结构体系抗地震倒塌能力

5.5.1 结构倒塌储备系数

5.5.2 倒塌概率分析

5.6 本章小结

第6章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢