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我国社会经济的高速发展和城镇化建设的快速推进对建设用地提出了更高的要求。为了节约资源,提高建设用地利用率,本课题提出了一种适用于多层公共与工业建筑的装配式正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构新体系。该体系是基于空腹夹层板理论研究和工程实践成果而研发出来的,目前已成功应用于全国各地多栋多层大跨度公共与工业建筑。本文基于理论分析、现场试验及数值分析相结合的方法,对该新型结构体系静动力性能进行了深入研究。本文的主要研究工作如下:
(1)本文阐述了装配式正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构的特点,分析了正交斜放钢网格空腹夹层板楼盖和钢网格墙架的静力学性能,并采用考虑剪切变形的拟夹层板法对该楼盖进行了连续化理论推导,为后续研究工作奠定了基础。采用多种计算分析方法对正交斜放空间钢网格空腹夹层板屋盖进行了理论分析,为该新型结构楼盖设计方法选用提供了依据。
(2)对装配式正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构实际工程进行了现场静动力试验研究。本文以九华创新创业中心8#栋正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构为研究对象,采用堆载法对该建筑第二层楼盖进行了现场静载试验,研究了该新型楼盖的内力和变形规律,试验结果表明该新型楼盖变形和内力近似于线性变化,幅度呈‘半椭球形’,说明了该结构空间整体性良好。采用自然激励法对该工程第二层楼盖竖向振动和整体结构横向振动进行了现场动力测试,并采用互相关函数法和随机减量法分别对采集的信号进行对比分析,获得了该工程楼盖和结构整体横向的自振特性。现场动力试验研究结果表明该楼盖刚度分布均匀、合理。基于参数分析明确了影响楼盖及结构整体自振特性的主要因素。通过实测模态数据验证了有限元计算模型的准确性。
(3)对该结构新双K型梁柱节点进行了精细化有限元分析。利用ABAQUS有限元软件分析了该新双K型梁柱节点的位移-荷载曲线、应变分布、骨架曲线及延性和耗能指标等静、动力性能,并研究了不同参数对节点的影响规律。研究结果表明在静、动力荷载作用下,节点的初始破坏均发生在节点附近的空腹夹层板上、下肋梁,节点延性和耗能能力良好,符合‘强节点,弱构件’的概念设计标准,说明了该新型节点刚性大,静、动力性能优越。
(4)提出了一种正交斜放空间钢网格盒式结构近断层地震平稳/非平稳随机动力响应分析方法。研究结果表明该新型结构在B类、C类脉冲近断层地震动作用下的位移响应基本一致,但均大于A类脉冲;以结构层间位移角为评价指标,基于首次穿越破坏理论,对该新型结构进行了可靠度分析,分析结果表明当近断层地震动为多遇地震时,该结构的失效概率为零,说明了该结构具有良好的近断层地震动抗震性能。
(5)利用时程分析法对该新型结构在近断层地震动竖向分量作用下的抗震性能进行了研究。研究结果表明近断层地震动竖向分量对该结构楼层水平位移响应影响不大,但会放大结构顶层竖向加速度响应和墙架立柱竖向变形以及轴力响应,放大幅度接近规范规定的10%限值;且底层柱轴力绝对值与近断层地震加速度V/H峰值比呈现出正相关性;近断层地震竖向分量对楼盖空腹梁的跨中弯矩影响较大,放大幅度达到11.75%。建议该新型结构的抗震设计应考虑竖向地震的作用。
(1)本文阐述了装配式正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构的特点,分析了正交斜放钢网格空腹夹层板楼盖和钢网格墙架的静力学性能,并采用考虑剪切变形的拟夹层板法对该楼盖进行了连续化理论推导,为后续研究工作奠定了基础。采用多种计算分析方法对正交斜放空间钢网格空腹夹层板屋盖进行了理论分析,为该新型结构楼盖设计方法选用提供了依据。
(2)对装配式正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构实际工程进行了现场静动力试验研究。本文以九华创新创业中心8#栋正交斜放大跨度空间钢网格盒式结构为研究对象,采用堆载法对该建筑第二层楼盖进行了现场静载试验,研究了该新型楼盖的内力和变形规律,试验结果表明该新型楼盖变形和内力近似于线性变化,幅度呈‘半椭球形’,说明了该结构空间整体性良好。采用自然激励法对该工程第二层楼盖竖向振动和整体结构横向振动进行了现场动力测试,并采用互相关函数法和随机减量法分别对采集的信号进行对比分析,获得了该工程楼盖和结构整体横向的自振特性。现场动力试验研究结果表明该楼盖刚度分布均匀、合理。基于参数分析明确了影响楼盖及结构整体自振特性的主要因素。通过实测模态数据验证了有限元计算模型的准确性。
(3)对该结构新双K型梁柱节点进行了精细化有限元分析。利用ABAQUS有限元软件分析了该新双K型梁柱节点的位移-荷载曲线、应变分布、骨架曲线及延性和耗能指标等静、动力性能,并研究了不同参数对节点的影响规律。研究结果表明在静、动力荷载作用下,节点的初始破坏均发生在节点附近的空腹夹层板上、下肋梁,节点延性和耗能能力良好,符合‘强节点,弱构件’的概念设计标准,说明了该新型节点刚性大,静、动力性能优越。
(4)提出了一种正交斜放空间钢网格盒式结构近断层地震平稳/非平稳随机动力响应分析方法。研究结果表明该新型结构在B类、C类脉冲近断层地震动作用下的位移响应基本一致,但均大于A类脉冲;以结构层间位移角为评价指标,基于首次穿越破坏理论,对该新型结构进行了可靠度分析,分析结果表明当近断层地震动为多遇地震时,该结构的失效概率为零,说明了该结构具有良好的近断层地震动抗震性能。
(5)利用时程分析法对该新型结构在近断层地震动竖向分量作用下的抗震性能进行了研究。研究结果表明近断层地震动竖向分量对该结构楼层水平位移响应影响不大,但会放大结构顶层竖向加速度响应和墙架立柱竖向变形以及轴力响应,放大幅度接近规范规定的10%限值;且底层柱轴力绝对值与近断层地震加速度V/H峰值比呈现出正相关性;近断层地震竖向分量对楼盖空腹梁的跨中弯矩影响较大,放大幅度达到11.75%。建议该新型结构的抗震设计应考虑竖向地震的作用。