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高层结构钢支撑滞回性能分析及抗震设计对策

申林  
【摘要】:随着科学技术和经济条件的发展,钢结构在现代建筑结构中的地位越来越重要。支 撑作为多、高层结构的主要抗侧力构件,作用非常突出。由于人们对其在地震作用下的 破坏机理认识不足,在地震作用时钢支撑局部破坏(屈曲)和由此造成的倒塌事故仍有发 生。因此,分析研究钢支撑在地震作用下的响应及破坏机理,提出抗震设计对策,不仅 有重大理论意义,而且有很大的应用价值。 对钢结构在地震作用(低周循环荷载)下的理论研究,首先需要一种较精确的计算模 型和材料本构关系。本文采用非线性大变形厚壳单元,混合强化本构关系(钢材各向同 性强化本构关系和随动强化本构关系的线性组合),并引入累积损伤效应和残余应力的影 响,对循环荷载作用下钢支撑的滞回性能进行了系统分析,以便准确了解钢支撑在地震 作用下的行为。 在对非线性有限元法进行理论推导、程序编制、调试之后,本文首先在国内外有关 试验文献的基础上,对程序的正确性进行了验证。其次对方管截面钢支撑受拉压循环荷 载作用时的性能进行了系统研究。根据计算结果,分析了残余应力、边界条件、尺寸对 支撑滞回性能的影响,以及支撑的刚度、承载力、残余应变、耗能能力等在循环荷载作 用下的变化规律,得出了强度与板件宽厚比的关系,并提出了抗震设计时方管截面支撑 板件的宽厚比限值为b/t≤19(235/f_y)~(1/2)。随后,对工形截面支撑受拉压循环荷载作用的 性能进行了系统的计算分析,提出了抗震设计时工形截面支撑翼缘外伸部分的宽厚比限 值为b_1/t≤7(235/f_y)~(1/2)。本文所提出的板件宽厚比限值与新修订的《建筑抗震设计规范 一 GB5000---xx(送审稿)》中的有关规定吻合较好。 纵观本文的研究,理论分析能够准确地反映钢支撑受地震作用时的实际性能,研究 内容比较系统、全面,提出的结论对修订规范和指导工程设计有重要的参考价值。


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