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国内外研究表明在钢框架结构体系中,普通无支撑钢框架结构抗侧向刚度小,是种柔性结构体系;中心支撑钢框架结构在强震下支撑易屈曲,屈曲后退出工作导致结构刚度骤减发生较大变形甚至倒塌;而偏心支撑钢框架结构具有前两者的优点,但是是以主梁的塑性变形为代价的,震后修复困难。本文研究的新型带楔块-支撑钢框架是种多重抗侧向的被动消能结构体系,在地震作用下支撑不会屈曲,能提供并保持较大弹性刚度,避免了主体结构的过大变形,震后修复方便,具有实际工程抗震意义。
为研究该新型结构体系的减震机理及抗震性能,首先阐述了支撑钢框架地震响应分析的三重非线性问题、影响因素及相关理论。其次分析了楔块-支撑钢框架的组成构造和工作机制,并建立了其简化计算模型。然后对单层楔块-支撑钢框架进行了低周反复荷载作用下的数值仿真,并结合试验分析了其滞变特性及简化计算模型的合理性。最后采用Ansys/1s-dyna软件对无支撑钢框架、偏心支撑钢框架及这种新型钢框架进行了地震作用下的数值模拟,提出了基于位移的积分均值法对钢框架减震体系的损伤分析,并从变形、地震响应和能量耗散方面进行了深入分析。
研究表明楔块-支撑装置组成构造简单,耗能机制明确,耗能效果明显,从其滞变特性角度而言,所建立的简化计算模型比较合理,仿真结果与试验结果基本吻合;所提出的基于位移的积分均值法能简便而又精确地用于钢框架减震体系的损伤分析;这种新型耗能钢框架的变形与地震响应以及能量耗散都得到了有效的控制,具有良好的减震性能。因此,通过研究得到了一些有价值的认识。