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防屈曲支撑在不规则结构中的抗震分析

韩天成  
【摘要】:随着以及经济的快速发展以及社会的不断进步,复杂性与功能性已经成为现代建筑发展的趋势。体型不规则的建筑结构日渐增多,且已成为未来建筑的主流趋势。但其由于体型复杂、结构不规则,这些特点对于抗震极为不利,所以在地震发生时更容易产生应力集中或薄弱层,地震对结构主要造成扭转为主的整体损害。因此对于不规则结构的抗震性能研究是重中之重。结合前人所做研究,本文基于工程实例,选取一重点设防类的平面L形裙房结构为研究对象,在纯框架结构中加设防屈曲耗能支撑,确定计算模型,对其进行有限元分析以及结构计算,并研究防屈曲耗能支撑在其L形不规则结构中的布置规律。本文主要研究的工作如下:(1)对防屈曲支撑和不规则结构进行了理论研究,介绍了防屈曲支撑的工作机理和简化力学模型,并给出模拟单元在有限元软件中参数的取值。(2)本文以合肥市滨湖宝文国际广场附属裙房结构为例,根据刚度等效原则,采用Bouc-Wen模型用于模拟防屈曲支撑,通过对不同防屈曲支撑布置方式,分别得到若干计算模型,再通过模态分析,探讨现行规范对于框架结构周期折减系数的合理性。(3)通过SAP2000有限元分析软件,对防屈曲耗能支撑整体结构进行振型分解反应谱分析,对结果进行分析可得,相比于纯框架结构,设置了防屈曲耗能支撑的整体结构在侧向刚度上竖向分布,比较均匀,弹性层间位移角等参数符合现行规范要求。基于不同的布置方案,基底剪力也相应变化,进一步说明了防屈曲耗能支撑对于结构整体抗震性能的优越效果。(4)通过选取两条天然波,一条人工波进行弹塑性时程分析。结果分析可得:多遇地震下,防屈曲支撑的添加,可有效降低整体结构的位移响应,减小层间位移角,使整体结构符合规范要求;罕遇地震下,防屈曲耗能支撑能够大幅减小整体结构的位移响应,降低地震波对整体结构的不利影响,有效的保护主体结构不倒塌或者发生严重破坏。结果表明,在罕遇地震下,添加防屈曲耗能支撑后,结构的周期比、位移比、层位移、层间位移角等参数大幅降低,滞回曲线比较饱满,耗能效果明显。(5)对纯框架模型和添加防屈曲支撑的若干模型分别进行Pushover分析。通过梁、柱塑性铰的分布及发展程度可知,防屈曲支撑的加入有效的抑制了塑性铰的发展,无论在弹性阶段还是塑性阶段,全钢型防屈曲支撑都可以使框架结构的刚度得到提高,更好的满足抗震需求。防屈曲耗能支撑竖向全部布置时,能保证结构在性能点状态时底部的少量框架梁和柱出现塑性铰,但塑性铰基本处于安全状态,说明防屈曲耗能支撑可以保证结构主体免遭破坏。(6)针对防屈曲支撑在结构中不同布置位置以及数量,分别建立相关计算模型进行对比。通过反应谱分析、非线性时程分析以及pushover分析等手段,从周期比、位移比、层位移、层间位移角等角度进行全面的有效性验证。


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