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混合式交错桁架体系改进形式的承载能力和破坏机理试验研究

作　者: 龚文博
导　师: 苏明周
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 改进型混合式交错桁架体系 模型试验 抗震性能 极限承载力 破坏机理
分类号: TU973.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 63次
引　用: 3次
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内容摘要


钢结构交错桁架体系是高层建筑钢结构的一种新型结构体系，具有经济、实用、高效的优点，近年来，受到国内外工程界和学术界的关注。钢结构交错桁架体系性能优异，但因对其抗震性能研究不足，在我国实际工程应用很少。论文结合“国家科技部科研院所技术开发专项基金项目”《交错桁架体系应用技术开发》的研究，对一种改进形式的混合式交错桁架体系进行了理论和试验研究，选题具有较高的理论意义和工程价值。论文根据项目研究对这种新型结构进行循环加载试验的需要，采用相似理论，依据相关规范资料，对一个五层改进形式的混合式交错桁架结构进行了1∶3模型的试件设计，包括结构设计与节点设计，并绘制了试件加工详图。采用ANSYS有限元分析程序，选用Shell181单元并同时考虑材料和几何非线性，对试件进行了单调加载的弹塑性分析，得到了不同加载阶段的应力—应变分布规律和承载力、变形规律。根据有限元分析结果，制定了试验的方案，包括加载方案、应变片布置等。基于1∶3模型的试件进行了拟静力试验，分析了低周反复水平荷载下结构的承载能力、滞回性能、延性与变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制，并根据顶层滞回曲线进一步得出了结构顶层骨架曲线及相应的恢复力模型。试验表明，结构荷载—位移滞回曲线是稳定的“梭形”，图形饱满，延性和变形能力较强，耗能能力好，承载能力高。结构的侧向刚度和承载力主要由桁架提供，桁架斜杆的破坏意味着结构的失效，应对其塑性变形能力提出严格要求，其板件宽厚比应符合中心支撑构件要求。结构的薄弱层由未改进前的底层和二层向其他层转移，达到了改进的目的，为后续的研究工作提供了重要的试验依据。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 交错桁架结构体系的基本组成和特点  8-10
  1.3 交错桁架结构体系的研究进展和工程实例应用  10-16
    1.3.1 交错桁架结构体系的研究进展  10-14
    1.3.2 交错桁架结构体系的工程应用  14-16
  1.4 本文研究的目的和主要内容  16-18
    1.4.1 课题研究目的意义  16-17
    1.4.2 本文研究的内容和方法  17-18
第二章 试件设计  18-32
  2.1 试件模型的设计  18-20
    2.1.1 模型设计的特点  18
    2.1.2 模型相似比的确定  18-19
    2.1.3 模型结构设计概述  19-20
  2.2 节点设计  20-31
    2.2.1 主节点设计  20-27
    2.2.2 十字交叉点节点设计  27-28
    2.2.3 只有吊杆情况的节点设计  28-29
    2.2.4 梁柱节点验算  29-30
    2.2.5 变截面处拼接板设计  30-31
    2.2.6 梁柱节点螺栓连接验算  31
  2.3 本章小结  31-32
第三章 材性试验与有限元分析  32-44
  3.1 材性试验  32-34
  3.2 有限元分析概述  34-36
    3.2.1 本文单元类型选择  35
    3.2.2 非线性问题  35-36
  3.3 有限元模型的建立  36-39
    3.3.1 钢材本构关系的选取  36-37
    3.3.2 模型建立的几个关键问题  37-39
  3.4 求解控制  39
  3.5 有限元分析结果  39-43
    3.5.1 在重力荷载代表值作用下应力及变形的分布  39-40
    3.5.2 施加柱顶位移时应力的发展情况  40-42
    3.5.3 单调加载荷载位移曲线  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章 模型试验  44-59
  4.1 伪静力试验及其机理  44
  4.2 试验目的  44-45
  4.3 试验加载设计  45-47
    4.3.1 加载设备与装置  45-46
    4.3.2 加载制度  46-47
  4.4 试验观测设计  47-51
    4.4.1 位移观测  47-48
    4.4.2 力观测  48
    4.4.3 应变观测  48-51
  4.5 试验现象描述  51-58
  4.6 本章小结  58-59
第五章 试验数据处理  59-75
  5.1 滞回曲线  59-62
  5.2 骨架曲线  62-63
  5.3 结构的刚度及强度退化  63-66
  5.4 延性及变形能力  66-68
  5.5 结构抗震耗能分析  68-69
  5.6 恢复力特性  69-71
  5.7 破坏机制  71-73
  5.8 本章小结  73-75
第六章 结论和建议  75-77
  6.1 本文的结论  75
  6.2 后继工作  75-77
参考文献  77-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 结构类型与体系 > 钢结构
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