防屈曲耗能支撑在加固工程中的应用及优化

摘要

为了贯彻十三五规划提出的绿色发展理念，一些老旧的低层或多层建筑虽已不能满足人们的生产和生活的功能需要，但不能对其进行简单粗暴的拆除，而是需要对房屋实行加固改造。房屋的改造必须符合现行抗震规范，所以在满足使用功能的前提下，需要对原结构体系进行加固。除了传统的加固方法外，防屈曲耗能支撑加固为房屋加固改造工程提供了一种新的方法，它不仅能为结构提供足够的抗侧刚度和承载力，而且其变形能力强，具有饱满的滞回性能，在罕遇地震下起到“保险丝”的作用，另外还能降低原结构拆除量，减少建筑垃圾。本文以一不满足抗震要求的轻钢加层实际工程为例，利用基于目标位移方法对既有建筑采用防屈曲耗能支撑进行减震设计，使改造后的房屋满足抗震使用要求，主要研究内容如下。
　　首先，利用相关原理推导出基于目标位移的防屈曲耗能支撑体系设计方法，通过一轻钢加层工程实例完成对支撑的设计，并提出了两种支撑的布置方案。
　　其次，通过对整体结构的弹性对比分析可知，防屈曲耗能支撑能够为结构提供有效的侧向刚度，各层层间位移得到了一定的控制，并且结构的扭转情况也得到改善。另外原框架结构分配的楼层剪力值减少，有效保护了主体结构不受地震作用破坏。
　　再次，通过对整体结构的弹塑性对比分析可知，设置防屈曲耗能支撑后，其结构位移得到了有效的限制，弹塑性层间位移角满足规范要求，同时支撑也承担了大部分罕遇地震下的楼层剪力，并且防屈曲耗能支撑能够先于梁柱达到屈服点，进入塑性阶段，起到了耗能减震的作用，成为结构抗震的第一道防线。
　　最后，对防屈曲耗能支撑结构体系进行优化设计，以位移限值作为约束条件，对原目标位移法进行改进，来实现支撑面积的最优化。改进后支撑的用钢量大幅度减少，在保证结构安全可靠的前提下，获了较高的经济效益。另外全部支撑的耗能比例也比原方案有一定的提高。

目录

致谢

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 耗能减震技术

1．2．1 耗能减震的概念

1．2．2 耗能减震的原理

1．2．3 耗能减震装置的类型

1．2．4 耗能减晨技术的优越性

1．3 防屈曲耗能支撑的介绍

1．3．1 防屈曲耗能支撑的构造

1．3．2 防屈曲耗能支撑的基本原理

1．3．3 防屈曲耗能支撑的工程应用

1．4 本文研究目的和研究的主要内容

第二章 防屈曲耗能支撑体系的设计

2．1 防屈曲耗能支撑结构的适用范围及设防目标

2．2 防屈曲耗能支撑构件的力学模型

2．3 防屈曲耗能支撑的等效刚度及附加有效阻尼比

2．3．1 防屈曲耗能支撑的等效刚度

2．3．2 防屈曲耗能支撑的附加有效阻尼比

2．4 防屈曲耗能支撑的布置

2．5 防屈曲耗能支撑的承载力和抗震设计

2．5．1 防屈曲耗能支撑的承载力设计

2．5．2 防屈曲耗能支撑的抗震设计要求

2．6 基于目标位移的防屈曲耗能支撑设计

2．6．1 防屈曲耗能支撑体系的名义侧向刚度比

2．6．2 防屈曲耗能支撑构件芯板面积确定

2．6．3 防屈曲耗能支撑的构造要求

2．6．4 基于目标位移的防屈曲耗能支撑体系的设计流程

第三章 基于目标位移的防屈曲耗能支撑体系弹性分析

3．1 工程实例

3．1．1 工程概括

3．1．2 基于应变能的混合结构阻尼比计算

3．1．3 防屈曲耗能支撑的设计

3．1．4 防屈曲耗能支撑—框架结构模型建立

3．2 模态分析

3．2．1 模态分析法概述

3．2．2 模态分析法结果

3．3 振型分解反应谱分析

3．3．1 振型分解反应谱法概述

3．3．2 振型分解反应谱法分析结果

3．4 线性时程分析

3．4．1 时程分析法概述

3．4．2 自然波与人工波的选取

3．4．3 线性时程法分析结果

3．5 本章小结

第四章 基于目标位移的防屈曲耗能支撑体系弹塑性分析

4．1 结构弹塑性分析目的

4．2 静力非线性分析

4．2．1 Pushover分析概述

4．2．2 侧向荷载加载模式

4．2．3 非线性单元及塑性铰的定义

4．2．4 结构塑性铰发展过程

4．2．5 Pushover曲线及性能点分析

4．3 非线性时程分析

4．3．1 弹塑性层间位移角

4．3．2 罕遇地震下的层间剪力

4．3．3 防屈曲耗能支撑的轴向受力分析

4．4 本章小结

第五章 防屈曲耗能支撑结构体系的优化设计

5．1 目标位移法的改进

5．2 防屈曲耗能支撑结构体系优化过程

5．3 防屈曲耗能支撑结构体系优化结果

5．3．1 反应谱作用下的优化对比

5．3．2 时程作用下的优化对比

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文研究的主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况