配置部分自复位耗能跨的钢框架抗震性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gdw2009
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为解决地震作用下传统钢框架结构易产生较大残余变形问题,在框架结构中配置耗能跨成为一种可行的设计思路。配置完全自复位耗能跨的钢框架结构的滞回曲线为明显的“旗帜形”,然而在地震作用下这类结构受加速度影响明显,因此本文提出将超弹性SMA混合自复位节点引入耗能跨中,同时在耗能跨中增加一定数量的普通钢梁段提高结构的耗能能力,构建配置“部分自复位耗能跨”的钢框架结构。本文基于已有的试验研究结果,采用有限元数值分析、编程计算等技术手段,对所提出的新型框架结构的抗震性能进行了探索,并提出了相应的设计建议。本文的研究内容主要如下:(1)提出配置SMA的自复位节点的简化模型。对已有的一种SMA混合自复位节点受力性能的探索构建了节点简化数值模型,通过与试验数据的对比表明所用建模方法可行;同时与精细化建模结果进行对比,发现简化模型在不显著降低计算精度的同时可提高计算效率,方便进行结构非线性分析。对于一种新型钢-SMA板组合防屈曲自复位梁柱节点,亦提出了对应的简化计算模型。(2)在耗能跨中布置SMA混合自复位节点连接的梁段和普通钢梁段,形成配置部分自复位耗能跨的钢框架,并通过有限元数值分析探索了结构的抗震性能。为分析钢框架结构体系抗御地震作用的能力,根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)初步设计配置部分自复位耗能跨以及配置完全自复位耗能跨的钢框架结构,在ABAQUS中建立相应有限元模型,进行模态分析、静力以及动力弹塑性分析,对结构的层间位移角、残余层间位移角、峰值加速度等计算结果进行了研究。结果表明部分自复位耗能跨的配置使得钢框架自复位能力和抗震性能良好。(3)为反映配置部分自复位耗能跨钢框架结构体系抗震性能的一般规律,以等效单自由度体系(Single-Degree-of-Freedom,简称SDOF)为工具,分析并统计了代表结构体系在320条地震波作用下的地震反应指标,具体包括最大位移、残余变形和强度折减系数,探讨了不同参数对体系抗震性能的影响。研究参数包括:屈服后刚度比α、能量比β、结构的弹性自振周期T和延性系数μ。基于单自由度体系的计算结果,对强度折减系数提出了一组可适用的函数形式,结果表明所提函数具有良好的准确度。
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