软钢耗能钢框架结构的抗震设计方法研究

【摘要】： 地震是人类所面临的最严重的突发性自然灾害，我国作为一个地震多发的经济不发达国家，采取经济、有效的措施提高已建和拟建建筑的抗震能力是亟待解决的问题。近三十年来发展起来的被动耗能减震结构控制体系是提高城市和建筑物耐震能力的经济、有效方法之一。被动耗能减震结构在理论及试验研究方面均取得了许多有用的成果，但其距离广泛应用尚有一段距离，主要原因在于没有较简单、精确又易于为工程界接受的设计方法。 本文介绍了一种基于反应谱法的安装软钢阻尼器的钢框架结构抗震设计方法。该方法的不同之处在于安装软钢阻尼器结构地震影响系数的确定，该地震影响系数的确定考虑了软钢阻尼器结构由于滞回阻尼作用其地震反应降低的影响因素；同时也考虑了结构的名义周期因阻尼器的塑性发展而发生变化时，对结构地震反应的影响因素。 对一六层软钢阻尼器钢框架结构的工程实例进行设计，其宗旨是结构中安装软钢阻尼器之后，可以保证主体结构在地震过程中保持弹性。通过设计计算，结构安装阻尼器后不但节约了一定的钢材，结构的变形更是明显减小，说明软钢阻尼器具有显著的减震效果。本抗震设计方法思路简捷、简单实用、便于操作。 同时利用SAP2000大型有限元程序对该算例进行了pushover分析，分别对纯框架结构和安装阻尼器后两种结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行分析计算，计算了结构的基底剪力-顶点位移曲线，并采用了能力谱法进行抗震性能分析。结果表明：本文提出的设计方法有一定的可靠性，也说明了耗能减震装置能够在大震作用下有效地降低地震对结构的作用。 用动力时程分析对算例结构进行验证。采用振型叠加法进行多自由度弹塑性地震反应分析，根据已知节点信息形成单元刚度矩阵及整体刚度矩阵后，进行动力特性计算，利用振型叠加法将多自由度动力计算转换成单自由度的动力计算。弹塑性地震反应分析结果表明，按本文建议的设计方法进行软钢阻尼器结构的抗震设计，罕遇地震作用下其主体结构基本保持弹性，能够达到预期的抗震设防目标，进一步证明该设计方法具有较强的可靠性。