基于拟力法的耗能减震结构塑性铰外移研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fzy321
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由于消能减震结构减震机理明确、减震效果显著,该技术在新建工程和震损建筑减震、加固中的应用形式和范围越趋广泛,而耗能减震结构在大震作用下通常会表现出非线性。在众多非线性结构求解方法中,拟力法以变位移代替变刚度,是求解结构动力非线性的有效方法,具有简洁、准确和运算速度快的特点。目前,拟力法在钢框架结构非线性分析中,通常假设塑性铰发生在梁的端部,这不利于材料的延性利用,且有些情况与震害表现不符。我国《建筑抗震设计规范》在多层和高层钢结构房屋一章中提出,抗震等级为一级二级时宜将塑性铰自梁端外移。因此,研究塑性铰外移具有重要的现实意义,值得进一步研究探讨。在此背景下,本文主要进行了以下几个方面的工作:(1)以单层单跨结构杆系模型为研究对象,考虑了梁、柱构件的塑性铰外移,对附加粘滞阻尼装置的钢框架结构进行地震时程响应分析。根据考虑塑性铰外移的构件单元模型,详细推导了其刚度矩阵的形成。依据拟力法的基本原理,以结构位移为变量,将刚度矩阵进行划分,运用静态缩聚原理,将由于考虑塑性铰外移而增加的部分自由度及转动自由度缩聚掉,改进了拟力法基本方程,由此建立了耗能减震结构的塑性铰外移拟力法力学模型。对考虑塑性铰外移与否两种工况的耗能减震结构进行地震时程相应分析,结合状态空间函数进行求解,数值分析结果表明,考虑塑性铰外移,对单层单跨结构层间位移影响不大,但使加速度幅值和耗能装置恢复力有不同程度的影响,给出可供工程参考的初步结论。(2)基于拟力法基本原理,建立了考虑塑性铰外移的耗能减震结构能量方程。通过数值分析,获得了结构在不同地震激励下,各能量形式的发展变化及能量分布,并对各个塑性铰可能位置进行了详细的塑性耗能分析。考虑塑性铰外移后,影响了各项能量在结构耗能中所占的比例。(3)以多层多跨钢结构为研究对象,考虑梁端塑性铰外移,改变底层柱截面及塑性铰外移长度参数,对附加粘滞阻尼支撑的耗能减震结构在地震作用下的时程响应和能量分布的影响进行了探讨。对比分析了考虑塑性铰外移与否,结构各层响应的变化和塑性铰的分布以及变化趋势,获取了位移、加速度、控制力、塑性铰转角及能量的时程曲线,粘滞耗能支撑滞回曲线和结构能量分布。数值分析表明,塑性铰外移对结构各层响应、耗能装置恢复力与耗能、结构塑性铰分布与塑性耗能分布均有影响。通过已建立的耗能减震结构塑性铰外移拟力法力学模型,在细化塑性铰可能位置并考虑塑性铰外移的前提下,为拟力法力学模型的完善提供了基础。
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