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偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策

赵宝成  
【摘要】: 偏心支撑钢框架在弹性阶段刚度很大,能够满足高层钢结构侧移要求。在罕遇地震时,由于耗能梁段屈服进入塑性,结构有很强的耗能能力和延性,是适用于高烈度震区的一种有效的抗侧力结构体系。国内外许多学者对此进行了试验和理论研究,并将研究成果应用于工程实践。本文以工程应用为目的,研究和探索了各种典型的偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞洄性能和破坏机理,并提出了抗震设计对策和建议。 本文提出了应用子结构法联合梁单元与空间退化曲壳单元分析偏心支撑钢框架耗能性能及耗能梁段破坏机理的非线性有限元分析模型。在有限元分析过程中,对于未进入塑性部分的梁、柱及支撑采用梁单元,梁单元考虑了几何非线性,对于进入塑性部分的耗能梁段采用空间退化曲壳单元,曲壳单元考虑了几何和材料的双重非线性,材料的强化采用了混合强化法则,非线性方程通过Newton-Raphson迭代结合增量法求解。在整体结构中采用两种单元较精确的分析偏心支撑钢框架的滞洄性能及破坏机理的方法,在国内外均属首次。本文编制了梁-壳元非线性有限元分析程序BSNFEM,并进行了算例分析,验证了程序的可靠性。 应用BSNFEM非线性有限元程序对偏心支撑钢框架进行了循环加载分析。对耗能梁段的长度、耗能梁段腹板的厚度、耗能梁段翼缘的厚度、耗能梁段加劲肋的间距、耗能梁段加劲肋的厚度、支撑的夹角等因素的改变对D形、K形偏心支撑钢框架耗能的影响,前人已有一些研究,本文对这些因素的影响进行了全面系统的分析,完善了理论分析的不足;而结构高跨比、支撑刚度、支撑与梁的连接形式等因素对D形、K形偏心支撑钢框架破坏机理的研究以及各种因素对Y形偏心支撑钢框架破坏机理的影响,则很少有人涉及,本文对此也进行了深入系统的分析,填补了这一研究空白。 最后,根据有限元研究结果,提出了抗震设计对策和建议。 本文全面、系统、深入地分析了三种典型偏心支撑钢框架结构在循环荷载作用下的破坏 西安建筑科技大学博士学位论文 机理,对于修订有关规范、指导工程设计有重要的参考价值,也为进一步研究偏心支撑钢框 架结构的抗震性能打下了良好的基础。


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