带屈曲约束支撑的框-剪结构抗震性能研究

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屈曲约束支撑是一种耗能支撑,具有自重轻、成本低、安装方便和布置灵活等优点,应用于建筑结构中不仅可以提高结构抗侧刚度,而且可以耗散大部分地震能量,有效减小结构在地震作用下的响应。框-剪结构在地震作用下竖向抗侧力构件会发生较大的塑性变形而破坏,若对其进行屈曲约束支撑的被动控制减震设计,则可以在很大程度上改善结构在地震作用下的响应。本文对一种新型屈曲约束支撑进行了实体有限元模拟,研究了其耗能性能并分析了其对框-剪结构抗震性能的影响,对于实际高层框-剪结构中设计安装新型屈曲约束支撑具有较强的理论和应用价值。主要内容和结论如下:首先,找出一种适合新型屈曲约束支撑在ABAQUS中的建模方法,建立该支撑的实体有限元模型,对其进行滞回性能分析,计算得到了新型屈曲约束支撑的抗压强度调整系数、等效粘滞阻尼系数、耗能比和延性系数等抗震性能指标,证明该支撑具有良好的抗震性能。其次,建立了某高层框-剪结构三维有限元模型,进行多遇和罕遇地震作用下的动力时程分析,计算该结构在各种工况下的层间位移角,找出了结构的薄弱层。根据薄弱层所在部位对该结构进行初步的屈曲约束支撑设计。为了将新型屈曲约束支撑应用到框-剪结构中进行整体分析,发展了一种适合屈曲约束支撑的简化建模方法。然后,分别对原无控框-剪结构和设置了屈曲约束支撑的受控结构分别进行6度多遇和罕遇、7度罕遇以及双向地震下的动力时程分析,讨论屈曲约束支撑对受控结构抗震性能的影响。分析结果表明:屈曲约束支撑在多遇地震时减震效果并不明显,在罕遇地震时有明显减震效果,而在7度罕遇时减震效果最为显著,此时该新型屈曲约束支撑耗能最多;另外,分析得到受控结构还可明显削弱双向地震对结构的影响。最后,本文提出了一种适合于框-剪结构中屈曲约束支撑设计的优化方法——基于目标位移的屈曲约束支撑设计法,将按薄弱层设计的结构和基于目标位移设计的结构的时程分析结果进行对比分析,研究表明:该优化设计方法具有良好的适用性和优越性。
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