内置连续柱钢框架结构抗震易损性研究

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连续柱对降低结构层间位移角集中系数,改善层间位移角分布,防止出现层失效模式的有效性已得到大量研究证实。但目前关于连续柱的研究主要集中于外置式连续柱,对于内置式连续柱的研究还有待深入。另一方面当前对连续柱钢框架结构进行抗震性能分析时,所采用的材料本构关系大多未考虑钢材的强度与刚度退化,由此可能导致高估连续柱钢框架结构体系的抗震能力。本文首先对比了内、外置连续柱对钢框架结构抗震性能的影响;其次基于钢材损伤退化的本构模型,评估了考虑强度与刚度退化时内、外置连续柱钢框架结构抗倒塌性能;最后在内置连续柱钢框架结构底层柱脚布置盖板式滑移摩擦节点,以期降低内置连续柱钢框架结构柱脚塑性损伤。主要工作及研究成果如下:1、基于Open Sees有限元软件,采用二折线本构模型建立了5层、7层和9层的纯钢框架结构和内、外置式连续柱钢框架结构,采用Pushover分析和IDA分析等方法,对比分析了三种钢框架结构的抗震性能。结果表明,内置式连续柱与外置式连续柱均能有效改善结构的层间位移的分布模式,使结构的塑性铰分布更均匀,降低损伤的集中程度。2、采用考虑了材料强度和刚度退化钢材本构模型,建立了5层、7层和9层的纯钢框架结构和内、外置式连续柱钢框架结构,采用Pushover分和IDA分析等方法,从抗侧承载力、罕遇地震作用下的最大层间位移角和倒塌裕度比三个角度对比分析了基于两种不同本构模型的三种钢框架结构抗震性能的差异性。结果表明:基于IMK的纯钢框架结构承载力退化较严重。在结构中布置连续柱后,承载力退化的状况得到明显改善;结构的倒塌裕度比退化率得到有效降低,有效提高了结构的抗震性性能。3、基于和“低损”和“无损”的设计理念,提出了盖板式滑移摩擦柱脚节点,用以提高结构在地震作用下的耗能能力和震后可恢复性。在Open Sees中建立了盖板式滑移摩擦节点有限元模型,并基于试验结果验证了盖板式滑移摩擦节点有限元模型的合理性。在此基础上,将盖板式滑移摩擦节点布置于内置式连续柱钢框架结构中,对比分析了有无盖板式滑移摩擦节点的内置式连续柱钢框架结构的抗震性能。结果表明:在底层框架柱的柱脚布置盖板式滑移摩擦节点后,框架结构在弹性阶段的承载力略有降低,但进入弹塑性阶段后,盖板式滑移摩擦节点降低了结构承载力的退化程度,提升了结构的延性和抗倒塌性能。
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