长周期地震动作用下高层结构的弹塑性响应与控制方案研究

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随着我国经济的高速发展,高层结构已经成为城市中不可缺少的结构形式。近年来,长周期地震动对高层结构的影响越来越被关注。长周期地震动通常具有加速度峰值小、周期长、持时长的特征,因此长周期地震动较易因加速度峰值小而被忽视。但从历年来长周期地震动对高层结构的震害来看,长周期地震动对高层结构的影响不容忽视。长周期地震动作用下高层结构最主要受位移响应控制,并与地震能量密切相关。目前我国的建筑消能减震设计规程仅对结构的消能减震设计进行指导,但并未有针对性的措施。我国高层结构在城市建设中占有很大比重,其在长周期地震动作用下的响应控制研究对今后消能减震设计的发展有着重要意义。  本论文应用弹塑性时程分析方法,对长周期地震动作用下高层钢结构的响应特征进行分析,同时结合消能限位防屈曲支撑的试验结果,研究消能限位防屈曲支撑参数对长周期地震动作用下高层钢结构的影响,提出消能限位防屈曲支撑在高层钢框架中的优化布置方案,并对北京地区实际高层钢框架——长富宫中心进行了实例验证。论文主要工作如下:  (1)选取具有代表性的长、短周期地震动进行傅里叶谱、反应谱分析,对比不同地震动的频谱差异,利用SNAP软件分别对地震动以加速度标准化和速度标准化两种调幅方式进行调幅,对长富宫中心结构进行弹塑性时程分析,分析长周期地震动作用下其结构的响应特征。结果表明,长周期地震动作用下高层结构响应主要受到位移控制,并且与地震能量密切相关。  (2)根据消能限位防屈曲支撑的拟静力试验结果,应用有限元软件对消能限位防屈曲支撑的刚度、屈服荷载、限位位移、滞回面积参数进行精细化模拟,验证消能限位防屈曲支撑限位功能的可行性并对各参数进行优化。  (3)根据高层结构弹塑性响应的结果,以规范限值弹塑性位移角小于1/50为控制目标,结合能量法提出消能限位防屈曲支撑的优化布置方案为今后设计提供可参考依据,并与无控结构响应对比,得出消能限位防屈曲支撑优化布置设计方法。
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