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钢结构交错桁架体系的抗震延性性能分析

许红胜  
【摘要】: 钢结构交错桁架体系由于其经济性和建筑布置的灵活性等优点得到了广泛的重视,要让工程技术人员熟悉和了解它,需要在设计方法、构造细节以及抗震减灾理论等方面进行大量的工作。 本文作为国家自然科学基金资助项目(批准号5007802)中子课题研究的一部分内容,主要对于钢结构交错桁架体系在强震下的基本破坏模式和体系整体抗震延性性能进行分析和评估。在本文中,主要创新工作有以下一些: 1)为了保证结构弹塑性分析的有效性,存单元层次上,推导出了可以有效考虑构件二阶效应的空间薄壁梁单元的几何非线性刚度矩阵,极大提高了几何非线性分析的计算效率;推导出了考虑构件塑性强化的采用双曲面模型的空间薄壁梁单元的塑性刚度矩阵,确保了弹塑性分析的准确性和可靠性。 2)通过二个设计算例,利用静力弹塑性分析方法和弹塑性时程分析方法,对在强震作用下,钢结构交错桁架体系的可能破坏模式进行了分析和评价。指出分析所得的塑性铰分布图中,塑性铰大量分布在桁架腹杆和中间空腹节间弦杆处,而柱中塑性铰发展则很少,这样的破坏模式符合次要构件破坏,而主要受力构件基本不破坏的抗震设计思想。 3)通过钢结构交错桁架体系与钢框架、钢框架—支撑和钢框架—砼剪力墙体系在强震下的弹塑性时程曲线和理论分析得到的位移滞回曲线的比较,指出空腹交错桁架体系的位移延性性能基本与钢框架体系相当,而混合交错桁架体系的位移延性性能则稍差,基本与钢框架—砼剪力墙体系相当。 4)通过不同桁架形式对整体延性的影响作用的分析比较,指出采用本文中给出的SCT桁架形式可以在保持抗侧刚度基本不削弱的情况下,较好改善混合交错桁架体系的整体延性性能。 5)通过桁架采用不同连接计算模型的比较,指出在钢结构交错桁架的制作中,无论是混合桁架体系还是空腹桁架体系,都希望能够保证桁架腹杆与弦杆的可靠连接。 6)通过桁架不落地对于交错桁架体系整体延性的影响作用的研究, 指l}}柑架不落地带来了交错杭架体系抗侧刚声夏的厂降,少补泞致抗震中不 利的破坏模式的产‘!二。因此,建议将析架不落J一也的结构处卫})作为钢结构 交错柑架体系抗震设计宜避免的处理力一式。建议在8度设防的抗皮地区 不宜采川析架不落地的钢结构交错柑架体系。 7)通过高宽比对钢结构交错析架体系的整体延性的影响分析,建议 在7度及以下抗震设防地区,钢结构交错精架体系的高宽比宜小于5; 在8度抗震设防地区,钢结构交错析架体系的高宽比宜小于4。


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