新型变刚度滑移支座及其在单层球面网壳中的应用研究

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单层球面网壳结构造型美观且受力性能良好,近年来已取得飞速发展,作为公共类建筑的主要形式得到日益广泛的应用,研究并提高其抗震性能具有重要的现实意义。滑移隔震支座可以将上部结构和下部运动分离,通过相对滑动和摩擦耗能有效限制地震能量向上传递,但在强震作用下,难免出现支座位移过大和难以自复位的问题,且由于传统摩擦滑移支座滑动刚度恒定不变,遭受强烈的长周期地震(如近断层地震)时,可能会发生共振问题。针对以上问题,提出了一种变刚度滑移支座(Nonlinear Spring-Friction Bearing,NFB),并对其滞回性能进行理论与数值分析。此外,对应用NFB的单层球面网壳结构的静力性能以及抗震性能进行全面分析并提出设计建议。本文主要研究工作如下:(1)NFB理论及有限元分析介绍了NFB构造及工作原理,详细推导了理论计算公式。建立NFB的有限元实体模型,研究其工作状态下的应力分布情况以及支座滞回响应。定义力学参数用于评估NFB的滞回耗能特性,将NFB与传统滑动支座对比分析;研究了NFB摩擦系数、圆锥弹簧线径和有效圈数等关键参数对支座力学性能影响规律。(2)NFB网壳结构静力性能研究利用有限元软件ANSYS,建立K8型单层球面网壳结构的有限元模型,分别将固定铰支座、NFB布置于落地网壳最外环节点下,对NFB网壳结构的内力、变形与稳定性能进行分析,并提出相应的增强措施。(3)NFB网壳结构抗震性能研究对三向地震波作用下的单层网壳结构进行时程分析,研究NFB相对固定铰支座和传统定刚度摩擦滑移支座的网壳结构减震效果,以及两类支座的位移控制能力和自复位能力。研究不同地震波和地震动强度对NFB单层网壳结构减震效果的影响,验证了不同矢跨比网壳结构应用NFB的可行性。(4)NFB在网壳减震中的参数优化分析对多种NFB布置方案减震效果对比分析并选出最佳方案,分析了NFB关键参数对单层网壳结构减震效果的影响规律,给出NFB参数选取的基本原则。最后提出对NFB作为隔震设备应用于K8单层球面网壳结构的设计建议。
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