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随着我国经济的快速发展以及城镇化步伐的加快,超高层结构被大量应用于城市的基础设施建设。在近年来发生的大地震中都有出现过高层长周期结构破坏的现象,引发工程抗震界的很大关注。这类结构大多具有高宽比大、自振周期长的特点,与侧向刚度较大的低矮结构相比,对长周期地震动更加敏感。我国现行建筑抗震设计规范中的地震影响系数曲线主要是依据短周期分量为主的地震动给出,用于超高层结构的计算时,其响应明显偏小,可能使结构设计偏于不安全。 论文主要研究高层钢结构在长周期地震动作用下的响应,采用试验与有限元模拟相结合的研究方法。考虑到长周期地震动会使高层结构产生较大变形,往复循环次数增加的特点,设计了钢框架梁柱T型节点拟静力试验,研究实际长周期地震动作用下高层结构局部节点受力和变形特点,以及试件屈服后塑性铰分布和长度变化情况。以试验实测数据定义有限元软件SAP2000中塑性铰的骨架曲线,建立整体钢框架-支撑结构体系进行弹塑性时程分析,探究实际长周期地震动下高层钢结构的薄弱环节及局部受力、变形特点,为后续结构加强做铺垫。本文完成的主要工作有: (1)设计3个T型钢框架梁柱栓焊刚性节点,以循环次数分别为3次、6次、9次作为变量进行了拟静力试验,试验结果表明循环次数的增加使试件的承载力下降、变形能力受到抑制,耗能能力降低。 (2)运用有限元软件ABAQUS对试验试件进行模拟分析,采用与试验相同的加载制度,破坏现象与试验相同,承载力较试验偏小,但随循环次数增加承载力降低的趋势一致,耗能能力变小,试验与有限元模拟结果吻合较好。 (3)长周期地震波的选取是分析成功的关键,本文从日本311大地震、汶川地震、台湾集集地震记录的实际地震动中选取4条富含长周期特性地震波,结合整体结构有限元模型特性,进行时程分析。 (4)基于SAP2000建立32层钢框架-支撑有限元模型,运用试验记录的数据定义整体结构中梁柱节点塑性模型,即塑性铰,进行动力弹塑性时程分析,对比默认铰和自定义铰分析结果,表明高层钢结构的薄弱层随地震波卓越周期增大沿高度下移,且结构基底剪力增大。