钢支撑及少支撑框架结构抗震性能研究

论文摘要

震害调查表明，增设少量的钢支撑是提高框架结构抗倒塌能力的一种有效方法。本文首先研究了钢支撑（包括单杆支撑和交叉支撑两种形式）的滞回特性，提出了其滞回曲线的模拟方法。由于方钢管支撑截面双轴对称，在实际工程中应用广泛，本文对方钢管支撑的断裂延性(fracture ductility)进行了研究并提出预测公式。接着开展了方钢管支撑的拟静力试验研究，验证了滞回曲线模拟方法的准确性并修正了断裂延性的预测公式。在钢支撑研究的基础上，对7个布置了少量钢支撑的框架结构进行非线性静力推覆分析，研究了其在小震下的正常使用功能和大震下的抗倒塌性能。主要研究工作和成果如下：（1）解决了钢支撑的模拟方法问题。利用集中塑性铰法对钢支撑的骨架曲线进行了模拟；分别采用现象描述法和有限元法对其滞回曲线进行了模拟。开展了2个方钢管单杆支撑和2个交叉支撑的拟静力试验研究，验证了以上模拟方法的准确性。（2）建议了方钢管支撑断裂延性的预测公式。统计了9组单杆支撑和1组交叉支撑的试验数据，对已有预测公式的准确性进行分析，提出了考虑更全面，与统计结果更加吻合的预测公式。通过试验研究对上述预测公式作了进一步修正，供工程设计人员与相关研究人员参考。（3）提出了钢支撑的性能化设计方法。推导了支撑轴向变形与结构层间位移角之间固定的几何关系，由规范中框架结构的层间位移角限值，可以选择相应的钢支撑材料特性、截面尺寸和布置倾角，以满足钢支撑在小震下不屈曲，大震下不断裂的性能要求。（4）定义了少支撑框架结构的概念。按现行抗震规范中7度抗震设防要求设计了7个典型钢筋混凝土框架结构，对设置不同少量钢支撑的框架完成了整体模型的非线性静力推覆分析（Pushover）。在研究了其在小震和大震下的性能后，对少支撑框架结构作出定义：在基本振型地震作用下，框架底部所承担的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的60%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 现有支撑类型
• 1.2.2 普通钢支撑性能
• 1.2.3 少支撑框架结构
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 钢支撑性能及模拟方法
• 2.1 单杆支撑性能研究
• 2.2 单杆支撑模拟方法
• 2.2.1 集中塑性铰法
• 2.2.2 现象描述法
• 2.2.3 物理模型法
• 2.2.4 纤维模型法
• 2.3 交叉支撑性能研究及模拟方法
• 2.3.1 压杆计算长度的理论推导
• 2.3.2 交叉支撑模拟方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 方钢管支撑断裂延性研究
• 3.1 概述
• 3.2 评价指标
• 3.3 单杆支撑的断裂延性公式
• 3.4 单杆支撑试验的统计
• 3.5 断裂延性公式的比较分析
• 3.5.1 断裂延性的影响参数
• 3.5.2 影响参数的分析
• 3.5.3 各公式优劣的分析
• 3.5.4 对断裂延性公式的进一步讨论
• 3.6 交叉支撑断裂延性公式
• 3.7 本章小结
• 第4章 方钢管支撑抗震性能试验研究
• 4.1 试验背景
• 4.2 试验概述
• 4.3 试件设计
• 4.4 材性试验
• 4.5 加载方案及测点布置
• 4.6 试件破坏过程
• 4.6.1 试件 CB60-3-34
• 4.6.2 试件 CB70-4-34
• 4.6.3 试件 SB80-4-34
• 4.6.4 试件 SB70-4.5-34
• 4.6.5 试件 TB70-4.5-34
• 4.7 试验结果分析
• 4.7.1 滞回曲线的模拟
• 4.7.2 断裂延性的预测
• 4.7.3 钢支撑的平面外变形
• 4.7.4 钢框架柱的竖向变形
• 4.8 本章小结
• 第5章 少支撑框架结构定义及性能研究
• 5.1 概述
• 5.2 平面框架中钢支撑截面的选择方法
• 5.2.1 小震下钢支撑的性能要求
• 5.2.2 大震下钢支撑的性能要求
• 5.2.3 钢支撑的最优倾角范围
• 5.2.4 钢支撑的布置方法
• 5.3 整体框架中钢支撑布置的合理数量
• 5.3.1 建模流程
• 5.3.2 计算结果的统计与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果