【摘 要】
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随着我国进入城市化的快速发展阶段,城市建设和改造规模不断加大,每年有超过几亿吨的建筑垃圾产生,而废弃骨料是建筑业产出量最大的废弃物,废弃骨料的处理成了建筑业的一项棘手难题。为了实现废弃骨料的二次利用,课题组前期提出了一种型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架(Steel reinforced recycled concrete column-Steel beam,简称 SRRC柱-S梁),该组合框架不但能
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随着我国进入城市化的快速发展阶段,城市建设和改造规模不断加大,每年有超过几亿吨的建筑垃圾产生,而废弃骨料是建筑业产出量最大的废弃物,废弃骨料的处理成了建筑业的一项棘手难题。为了实现废弃骨料的二次利用,课题组前期提出了一种型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架(Steel reinforced recycled concrete column-Steel beam,简称 SRRC柱-S梁),该组合框架不但能够利用废弃骨料,而且可以充分发挥钢材的性能优势。但是再生混凝土的力学性能及耗能能力与普通混凝土相比存在一定差异,使得该类组合框架的抗侧移能力与耗能能力存在一定削弱,在地震作用下更容易发生破坏或者倒塌。现有研究表明,采用耗能减震技术可以有效改变结构在地震作用下的破坏机制,增强结构的抗震性能,从而降低结构在地震作用下的损坏,所以本文拟采取耗能减震技术来增强该类组合框架的抗震性能。防屈曲支撑(Buckling-Restrained Brace,简称BRB)是一种性能优异的耗能减震阻尼器,它可以在地震作用下通过其自身塑性变形消耗大量地震能量,从而降低主体框架结构的破坏。但是,BRB对结构抗震性能的影响与其在结构中的的布置方式及设计方法息息相关,不合理的设计反而会增加结构的地震响应。因此本文针对设置BRB构件的SRRC柱-S梁组合框架抗震性能进行分析,主要包括以下内容:(1)从理论层次介绍防屈曲支撑构件的工作原理及稳定性分析,确定防屈曲支撑的等效刚度和承载力的计算公式。(2)在试验基础上,采用OpenSees软件建立SRRC柱-S梁组合框架模型,将模拟与试验所得结果进行对比,验证各类本构模型选取的的合理性及有限元模型的精确性。(3)采用基于刚度贡献的抗震设计思路针对SRRC柱-S梁组合框架结构设计了两种不同布置形式的防屈曲支撑方案,基于OpenSees软件建立有限元模型,对其滞回曲线、骨架曲线、强度、刚度、耗能能力等抗震性能指标进行对比分析。结果表明,两种BRB方案中的BRB构件均可达到屈服状态,可发挥良好的耗能性能,两种设置方案极限承载力较原有组合框架的极限承载力相比增加30%以上,BRB构件可以将原组合框架能量耗散系数与等效黏滞阻尼系数提高33%以上。(4)使用OpenSees软件建立6层、12层、20层BRB组合框架模型,对其进行多遇地震及罕遇地震作用下的时程分析,对于BRB组合框架结构层间位移角、顶层加速度响应、主体框架层剪力、基底剪力与BRB轴力等随支撑布置方式、抗侧刚度比等的变化规律进行研究。结果表明,随着抗侧刚度比不断增大,BRB组合框架结构的层间位移角与主体框架层剪力不断减小,顶层加速度响应及基底剪力逐渐增大,支撑轴力不断增大;BRB的人字形布置较单斜形布置具有更小的层间位移角,更能有效减小结构顶层加速度响应,降低主体框架层剪力,更多楼层的BRB达到屈服承载力,更有利于减小结构主体框架的破坏。(5)多层组合框架设置BRB构件时采用人字形和单斜形布置方式均可,在高层组合框架设置防屈曲支撑时建议采用人字形布置方式;在抗震设防烈度为8度,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第二组时,多层BRB组合框架结构抗侧刚度比K的建议取值为0.5~1.5,高层BRB组合框架结构抗侧刚度比K的建议取值为0.5~1.0。
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