带填充墙钢交错桁架结构的抗震性能研究

摘要

钢交错桁架结构体系的构件截面较小，填充墙对结构抗震性能的影响较大，有关的研究文献还未见发表。本文通过理论研究和数值分析探讨了填充墙对钢交错桁架结构抗震性能的影响，建立了用等效斜压杆代替填充墙的简化分析模型，给出了周期折减系数。研究了带填充墙钢交错桁架的抗震性能和屈服机制，指出了结构的薄弱杆件和薄弱层，提出了改善结构纵向屈服机制的抗震措施和有关填充墙及RC楼板的抗震构造设计建议，为我国正在编制完善的钢交错桁架结构体系设计规范提供技术参考。主要研究内容如下:
　　(1)基于带填充墙钢框架结构的实验研究，验证了仿真分析方法的可靠性。根据在水平外力作用下填充墙的应力分布规律，借鉴有关研究文献，建立了将填充墙简化为RC等效斜压杆的简化分析模型。考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性，模拟填充墙与主体结构之间的钢筋连接及面面接触关系，对带填充墙钢交错桁架结构进行了数值模拟分析，验证了采用等效斜压杆模型进行结构非线性分析的可行性。
　　(2)提出了计取填充墙的刚度影响，带填充墙钢交错桁架结构周期折减系数的取值范围。通过对多个结构模型进行模态分析，研究了填充墙对钢交错桁架结构的自振周期及振型的影响。检验了等效斜压杆模型用于带填充墙钢交错桁架结构，进行模态分析的适用性。
　　(3)研究了带填充墙钢交错桁架结构在多遇地震作用下的抗震性能，提出了对结构底层进行抗震加强设计的建议。建立了多个带填充墙钢交错桁架结构的有限元模型，通过对钢交错桁架结构进行振型分解反应谱法和动力时程分析，比较了将填充墙用有限单元法分析、用等效斜压杆模型和不计填充墙的刚度进行分析的结构楼层顶点位移、层间位移角及基底剪力等分析结果，对钢交错桁架结构受填充墙影响的抗震性能进行了评价。
　　(4)研究了带填充墙钢交错桁架结构体系的抗震能力及屈服机制，提出了改善结构纵向屈服机制的措施。通过对结构进行能力谱分析，研究了与性能点相对应的结构顶点位移同抗震目标位移的关系，对结构横向及纵向的抗震能力进行了评估。通过对结构杆件的相对刚度设计是否合理、结构的整体安全性及结构整体塑性变形能力的研究，根据带填充墙钢交错桁架结构的塑性铰出铰顺序、铰的状态、塑性铰的分布规律及屈服机制，指出结构的薄弱构件及薄弱层。提出了在结构的纵向布置柱间支撑、增加底层钢柱的刚度及强度，有效改善结构屈服机制的建议。
　　(5)分析了填充墙对结构抗震性能的有利作用，结合工程设计及施工实践中的通常做法和结构使用过程中存在的墙体出平面稳定及装修维护等问题，对于带填充墙钢交错桁架结构提出了填充墙与主体结构连接的抗震构造设计要求。针对RC楼板是钢交错桁架结构纵向连接的重要构件，分析了填充墙对RC楼板在结构受力过程中的影响，提出了在结构设计中加强RC楼板局部配筋的抗震设计要求。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 钢交错桁架结构研究综述

1．2 填充墙研究综述

1．3 选题的意义

1．4 本文的主要研究内容

1．5 创新点

第2章 面向工程设计的填充墙等效斜压杆简化模型

2．1 带填充墙钢框架结构仿真分析

2．1．1 实验研究模型

2．1．2 有限元仿真分析

2．2 带填充墙钢交错桁架结构仿真分析

2．3 钢交错桁架结构填充墙等效斜压杆模型

2．3．1 等效斜压杆模型的建立

2．3．2 等效斜压杆模型的验证

2．4 本章小结

第3章 计取填充墙影响的结构自振周期折减系数

3．1 填充墙对结构自振周期的影响

3．1．1 不计填充墙影响的自振周期经验公式

3．1．2 计取填充墙影响的自振周期经验公式

3．2 钢交错桁架结构受填充墙影响的周期折减系数

3．2．1 三维结构模型的建立

3．2．2 计取填充墙影响的周期折减系数

3．3 基于斜压杆模型的结构自振周期分析

3．4 本章小结

第4章 多遇地震作用下带填充墙钢交错桁架结构的抗震性能

4．1 填充墙对结构抗震能力的影响

4．1．1 楼层顶点位移

4．1．2 层间位移角

4．2 带填充墙钢交错桁架结构的动力时程分析

4．2．1 等效斜压杆模型在动力时程分析中的应用

4．2．2 填充墙对基底剪力的影响分析

4．3 本章小结

第5章 带填充墙钢交错桁架结构的屈服机制

5．1 能力谱影响分析

5．2 结构的屈服机制

5．2．1 塑性铰分布规律

5．2．2 改善结构屈服机制的方法

5．3 本章小结

第6章 带填充墙钢交错桁架结构的抗震措施

6．1 填充墙与钢柱之间的连接构造

6．2 RC楼板受填充墙影响的加强措施

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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