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钢结构住宅抗侧力体系试验研究与非线性分析

管克俭  
【摘要】: 钢结构的应用和研究已有近百年的历史,技术上日趋成熟。但是,钢结构住宅的应用在我国还处在起步阶段。从技术角度来讲,如何使钢结构适应住宅建筑的特点,满足住宅产业化发展的需要,还有许多问题有待于进一步研究,如围护墙体、抗侧力体系、钢框架梁柱连接等。本文针对钢结构住宅体系中亟待解决的若干问题,完成了六榀1:2钢框架模型试验和八个足尺比例的梁柱连接模型在低周往复荷载作用下的试验,进行了以下几个方面的深入研究: 1 本文首次提出了一种新型的空腔复合填充墙钢框架抗侧力体系。在试验研究的基础上,建立了该体系的恢复力特性模型,提出了模型各受力阶段的刚度计算公式、极限承载能力的计算方法和抗震计算方法;对影响空腔结构砌体填充墙钢框架抗侧力性能的因素进行了讨论,提出了设计建议。 2 对支撑体系的抗侧力性能进行了系统的研究,对中心支撑体系和偏心支撑体系的非线性性能进行了简化分析。在试验研究和分析的基础上,讨论了中心支撑体系和偏心支撑体系各自的适用范围和受力特点,提出了中心支撑和偏心支撑的设计过程与方法。 3 狗骨式刚性连接是一种旨在改善梁柱连接变形性能,避免脆性破坏发生的有效连接形式。本文对狗骨式连接节点和框架进行了试验研究和有限元分析。研究表明,狗骨式连接能够有效地提高连接变形能力,避免脆性破坏的发生。并强调指出狗骨削弱的位置、形状和尺寸,对能否发挥狗骨式削弱的作用,达到预期的设计目的是至关重要的,必须予以重视。 4 本文提出了一种简化分析力学模型,用于角钢连接的分析。采用该模型和其计算方法,建立了两种角钢连接的弯矩—转角多折线模型。将该模型用于对半刚性框架分析,所得出的计算结果与试验吻合良好。 5 本文总结了半刚性连接框架二阶弹塑性分析方法和塑性铰分析方法,提出了半刚性连接框架耗能计算的公式。研究表明,半刚性框架耗能的大小与连接的嵌固程度、结构的阻尼、自振频率等均有很大的关系。 6 本文利用数值模拟技术完善试验研究,采用不同的单元类型对钢框架和支撑框架进行了非线性分析。不仅计算结果与试验结果吻合良好,还进一步揭示了试验中未能发现的现象。 最后,在总结论文工作的基础上,提出了本课题尚待解决的问题。


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