屈曲约束支撑钢框架设计及抗震性能研究

论文摘要

屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Braces）是一种新型耗能构件,它解决了普通支撑经常失稳和刚度突然下降的弊端,其在拉压状态下均能屈服而不屈曲并且在屈服后能够提高结构阻尼耗散输入到结构的地震能量。目前屈曲约束支撑应用较为广泛,在日本、美国、加拿大、我国台湾地区及大陆都有较好应用。首先对屈曲约束支撑的作用机理,屈曲约束支撑的有效约束比及芯材与外套管之间的间隙进行理论分析,并取不同间隙的构件进行有限元分析。其次分别选取不同的刚度比进行屈曲约束支撑钢框架的设计。利用ANSYS有限元软件对10层单榀屈曲约束支撑钢框架进行弹塑性时程分析。比较不同刚度比下结构的底部剪力、顶层加速度及顶层位移,并建立其在地震作用下的最大层间位移角随抗侧刚度比变化的关系曲线及不同刚度比下最大层间位移角分布均匀程度的关系曲线。最终提出屈曲约束支撑和钢框架刚度比的合理取值范围,为屈曲约束支撑框架的设计提供依据。再者利用有限元软件SAP2000对合理刚度比的屈曲约束支撑框架进行静力弹塑性分析。考虑高阶振型影响求解能力谱曲线并引进不同的位移延性系数绘制需求谱曲线,然后将两者曲线绘制在同一坐标系求解性能点。初步探讨了合理刚度比下屈曲约束支撑钢框架的结构影响系数及位移放大系数。最后,为了比较不同屈曲约束支撑布置形式对屈曲约束支撑钢框架的抗震性能影响,本文设计出4种不同布置形式的屈曲约束支撑钢框架,分别采取底部剪力法、振型分解反应谱法、动力时程分析、静力弹塑性的分析方法对其进行抗震性能分析,为屈曲约束支撑设计提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 屈曲约束支撑国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 屈曲约束支撑工程应用情况
• 1.4 屈曲约束支撑优缺点
• 1.4.1 屈曲约束支撑优点
• 1.4.2 屈曲约束支撑缺点
• 1.5 本文研究内容及思路
• 2 屈曲约束支撑理论研究及有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 屈曲约束支撑组成及工作机理
• 2.2.1 屈曲约束支撑组成
• 2.2.2 屈曲约束支撑工作机理
• 2.3 屈曲约束支撑整体屈曲研究
• 2.3.1 屈曲约束支撑理论分析
• 2.3.2 屈曲约束支撑约束构件和内核之间合理的间隙
• 2.3.3 屈曲约束支撑有效约束比
• 2.4 有限元模拟分析
• 2.4.1 模型参数
• 2.4.2 特征值屈曲分析
• 2.4.3 间隙对极限荷载影响
• 2.5 屈曲约束支撑力学模型
• 2.6 滞回性能分析
• 2.7 本章小结
• 3 屈曲约束支撑钢框架的设计
• 3.1 引言
• 3.2 抗震分析方法
• 3.2.1 底部剪力方法
• 3.2.2 振型分解反应谱法
• 3.2.3 时程分析方法
• 3.3 结构阻尼
• 3.4 多层屈曲约束支撑钢框架时程分析
• 3.4.1 结构模型设计
• 3.4.2 结构分析模型
• 3.4.3 地震荷载输入
• 3.4.4 结构动力特性及Rayleigh 阻尼系数
• 3.5 多层屈曲约束支撑钢框架动力反应分析结果
• 3.5.1 结构模型顶层加速度
• 3.5.2 结构模型顶层位移及底部剪力
• 3.5.3 最大层间位移角及沿楼层分布的均匀程度
• 3.6 本章小结
• 4 合理刚度比的屈曲约束支撑钢框架结构影响系数
• 4.1 引言
• 4.2 结构影响系数的定义
• 4.3 push-over 分析方法
• 4.4 求解结构影响系数和位移放大系数的步骤
• 4.5 结构模型
• 4.5.1 结构模型加载方式及塑性铰分布
• 4.5.2 结构的屈服点及能力谱曲线
• 4.5.3 确定性能点
• 4.5.4 结构影响系数及位移放大系数的求解
• 4.6 本章小结
• 5 屈曲约束支撑布置方式对多层钢框架抗震性能影响
• 5.1 引言
• 5.2 屈曲约束支撑布置方式
• 5.3 不同布置形式的屈曲约束支撑钢框架动力特性
• 5.4 不同布置形式下结构的地震反应
• 5.5 静力弹塑性分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况