传统风格建筑钢框架结构拟动力试验研究

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中国古建筑凝结了中华民族几千年来的智慧和精神,是中华文化的瑰宝。随着社会的进步与科技的发展,传统古建筑在防火和防腐蚀方面的缺陷日益显著,集现代科技和历史文化于一身的传统风格建筑开始在中国建筑领域兴起。然而在现行规范中没有成熟的完全适用于传统风格建筑的设计条文,因此有必要对传统风格建筑的抗震性能进行研究。为更深入地了解和研究传统风格建筑的抗震性能和破坏形态,本课题组以位于抗震设防烈度8度区的某传统风格建筑为原型,制作了缩尺比为1:2的一榀钢框架结构试验模型,对其进行了拟动力试验。对模型结构施加不同峰值加速度的El Centro波、Taft波、兰州人工波和汶川波,分析了结构的位移反应、加速度反应、骨架曲线、滞回耗能等。试验结果表明,在峰值加速度为70gal和200gal的四种地震波作用下,结构完全处于弹性变形阶段。在峰值加速度为400gal的El Centro波和汶川波作用下,结构基本处于弹性变形阶段。在峰值加速度为620gal的汶川波作用下,部分斗栱构件屈服,整体结构进入弹塑性阶段,整体工作性能良好,没有发生明显的破坏,滞回耗能大幅增长,斗栱的屈服为结构耗能的大幅增长起到了重要的作用。此时结构的最大层间位移角为1/203,且骨架曲线仍有上升趋势,说明该传统风格建筑钢框架结构具有较强的抗侧能力和较高的承载能力。为了进一步分析结构在地震波作用下的抗震性能和破坏形态,利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行汶川波作用下的动力弹塑性时程分析。根据计算结果,动力时程分析算得的位移反应和加速度反应等与试验结果有较高的吻合度,说明了有限元建模分析的合理性。根据汶川波800gal和1000gal动力弹塑性时程分析所得的应力分布,可知随着峰值加速度的不断增大,模型结构的斗栱最先屈服,然后梁端屈服,柱脚最后屈服,满足“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震设防要求,斗栱起到了第一道抗震防线的作用。本文通过试验研究和有限元分析,其研究成果可为传统风格建筑抗震性能的进一步研究和实际工程应用提供一定的借鉴意义。
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