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在大跨度框架结构中采用实腹式钢梁是不经济的,可以用桁架梁来代替,本文将这种新型结构称之为桁框结构。桁框结构具有跨度大,承载力高等优点,但其滞回性能很差。空腹式延性桁框结构就是为提高结构的耗能能力而在在桁框结构的桁架跨中设置空腹式消能段的一种延性桁框结构。作为一种新型结构体系,空腹式延性桁框结构的具有很好的发展前景,但是国内外有关这方面的研究还很少。因此,很有必要对空腹式延性桁框结构的各项受力性能进行展开研究。
针对该结构体系,本文开进行了以下几个方面的研究:
首先,推导了空腹式消能段的极限抗剪承载力,同时根据我国抗震设计准则给出了确定消能段长度的计算方法和构造要求。采用本文方法确定的消能段可以精确控制延性桁框结构的屈服时刻和破坏模式,并实现水平地震作用下各楼层同步屈服,充分耗能。
然后,采用有限元软件ANSYS对五个系列的试件分别进行了单向加载和循环加载模拟分析。探讨了消能段节间高宽比、消能段长度、楼层跨度、层间高度以及跨数这五个参数对空腹式延性桁框结构受力性能的影响大小。分析结果表明:消能段节间高宽比和层间高度对结构的整体影响很小。消能段长度对结构影响很大,在满足设计要求的前提下,为提高结构的屈服承载力,消能段应尽量取小值。楼层的跨度对结构的性能也有较大影响,选择大跨度结构可以最大限度的发挥空腹式延性桁框结构的耗能能力。此外,多跨延性桁框结构的性能的要明显高于单跨的结构。因此,应尽量采用多跨形式进行设计,以提高结构的安全储备。
最后,对本文的研究工作进行了总结,指出空腹式延性桁框结构的侧向刚度与传统的框架结构相比较小,我国现行的抗震规范对弹性最大层间位移角的要求已不再适用于空腹式延性桁框结构,应该有针对性的调整以适用新型结构自身的特点。同时,从结构的整体性、动力性能、节点性能等几个方面对空腹式延性桁框结构的进一步深入研究工作给出了一些合理建议。