【摘 要】
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随着工程结构抗震理念的发展,现阶段要求结构从防倒塌转向功能可恢复。可恢复功能结构从结构上有很多种实现方法,而带可更换构件的结构是实现结构功能可恢复的主要形式之一。为了满足结构体系在震后功能可恢复性的需求,本课题组提出了带可更换构件的RCS混合框架结构,是在原组合框架结构抗侧力单元的局部设置一跨度较小的耗能钢框架,并由其中的可更换梁产生塑性变形耗散地震能量,但目前对其抗震性能及受力特性还未研究。本文
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随着工程结构抗震理念的发展,现阶段要求结构从防倒塌转向功能可恢复。可恢复功能结构从结构上有很多种实现方法,而带可更换构件的结构是实现结构功能可恢复的主要形式之一。为了满足结构体系在震后功能可恢复性的需求,本课题组提出了带可更换构件的RCS混合框架结构,是在原组合框架结构抗侧力单元的局部设置一跨度较小的耗能钢框架,并由其中的可更换梁产生塑性变形耗散地震能量,但目前对其抗震性能及受力特性还未研究。本文通过ABAQUS数值模拟对混合框架可更换梁的抗震性能和可更换性评价方法进行研究,主要内容和结论如下。(1)对带可更换构件的RCS混合框架结构提出预期性能目标和设计原则,设计一典型的带可更换梁的RCS混合框架结构,对其进行静力推覆分析,结果表明,结构具有明显的屈服时序,且由耗能框架提供主要抗侧刚度,可以实现预期性能目标。通过改变可更换梁的长度分析发现,可更换梁长度对可更换梁破坏模式及耗能框架的基底剪力有一定影响。(2)主要考虑可更换梁长度系数、加劲肋间距及可更换梁-柱连接方式等参数,设计了3组20个试件并进行有限元分析,对混合框架可更换梁的抗震性能进行研究。通过分析长度系数对可更换梁破坏过程、破坏模式和滞回性能、耗能能力、抗剪承载力及变形能力的影响,提出基于剪切屈服型混合框架可更换梁的控制参数,即长度系数l/(Mp/Vp)取值为1.45,并给出可更换梁长度系数建议设计范围为0.91.2。基于剪切型可更换梁,分析加劲肋间距对其破坏过程及抗震性能的影响,结果表明,当间距超过规范要求值较多时,可更换梁腹板会过早屈曲,且对其变形能力影响显著,因此建议剪切型可更换梁加劲肋间距按照规范要求进行设置;同时,分析连接方式对可更换梁抗震性能的影响,结果表明,连接方式对可更换梁变形能力影响较大,本文建议可更换梁-柱采用T型钢进行连接。(3)在确定整体结构的可更换阶段对应的层间位移角为1/3001/67基础上,提出可更换梁可更换性的评价指标,即残余层间位移角θre和可更换梁梁端残余转角γre。通过对不同长度系数下与三种连接方式下剪切型试件的残余变形进行分析,可确定两个指标的控制值,即当残余层间位移角θre≤0.0045rad、可更换梁梁端残余转角γre≤0.0052rad时,认为可更换梁可更换。且在评价指标的基础上进一步提出可更换梁可更换性的评价方法。基于各参数分析结果及残余变形分析,给出了可更换梁截面和连接的设计建议和方法。
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