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Y型偏心支撑钢框架的弹塑性受力性能研究

作　者: 田晓飞
导　师: 郭秉山
学　校: 西安科技大学
专　业: 结构工程
关键词: Y型偏心支撑钢框架 pushover分析 抗震性能 耗能梁段
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


偏心支撑钢框架结构体系是近年来发展起来适用于高烈度地震区建筑的一种新型抗侧力结构体系，通过改变耗能梁段的截面尺寸和支撑的布置形式来优化结构的抗震性能，在罕遇地震作用下主要依靠耗能梁段的塑性变形吸收地震能量，不会对框架梁及柱造成损害，震后仅需将耗能梁段更换，整个结构即可恢复到震前状态。本文用有限元分析软件sap2000，合理地选择构件单元类型，建立合理的Y型偏心支撑钢框架结构的有限元力学模型，并进行静力非线性pushover分析。在分析过程中考虑了结构的P-△效应，主要进行了如下工作：（1）.基于我国现行相关设计规范规程，结合偏心支撑钢框架的工作原理，给出了Y型偏心支撑钢框架的简化设计方法和计算原理；（2）总结了静力非线性pushover分析方法产生的背景及发展状况，阐述了该分析方法的基本原理、主要任务以及实施步骤；（3）.建立了9层Y型偏心支撑钢框架结构的有限元力学模型，并对模型进行静力非线性pushover分析，验证了Y型偏心支撑钢框架结构具有很好的抗震性能；（4）.通过改变耗能梁段长度、腹板高厚比、翼缘宽厚比以及耗能支撑的布置形式等参数，探讨这些参数的变化对Y型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响。通过计算得出耗能梁段长度处在a=0.9k~1.3k（其中k=M_p/V_p）时，结构形式最好，在罕遇地震作用下的响应最小，耗能性能比较理想；腹板高厚比在40~55之间效果最好；翼缘宽厚比对结构构件的内力和位移响应影响很小，不能改善结构的耗能性能，只需满足《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99—2012）规定值b ftf8即可；耗能支撑的布置形式采用错列、对称、均质的布置形式比同跨上下连续布置的Y型偏心支撑钢框架的抗震性能更好。最后，根据有限元研究成果，提出了相应的抗震设计建议。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-19
  1.1 概述  8
  1.2 偏心支撑钢框架体系产生的背景  8-10
  1.3 偏心支撑钢框架体系的研究状况  10-15
    1.3.1 偏心支撑框架体系国外研究状况回顾  10-13
    1.3.2 偏心支撑钢框架休系国内研究状况回顾  13-15
  1.4 Y型偏心支撑钢框架工作原理及特点  15-17
  1.5 本文的研究内容  17-19
2 Y型偏心支撑钢框架的计算原理及简化设计  19-31
  2.1 概述  19
  2.2 偏心支撑框钢架设计计算  19-28
    2.2.1 耗能梁段设计  20-27
    2.2.2 其他构件设计  27-28
  2.3 Y型偏心支撑钢框架的简化设计  28-31
    2.3.1 耗能梁段设计  28-29
    2.3.2 支撑设计  29-30
    2.3.3 框架设计  30-31
3 Y型偏心支撑钢框架的弹塑性非线性分析方法  31-43
  3.1 静力非线性PUSHOVER分析方法的背景及发展状况  31-32
  3.2 静力非线性 PUSHOVER分析的基本原理  32
  3.3 静力非线性PUSHOVER分析方法的基本假定  32
  3.4 静力非线性PUSHOVER分析方法实施的步骤  32-33
  3.5 结构等效为单自由度体系  33-34
  3.6 静力非线性PUSHOVER分析的主要任务  34-35
    3.6.1 建立水平荷载作用下结构的能力谱曲线  34-35
    3.6.2 结构抗震性能的评估  35
  3.7 结构目标位移的确定  35-41
    3.7.1 位移系数法  36-37
    3.7.2 能力谱法  37-41
  3.8 PUSHOVER分析与FEMA365 及 ATC-40  41
  3.9 静力非线性PUSHOVER分析方法的优点  41-43
4 Y型偏心支撑钢框架有限元分析模型的建立  43-49
  4.1 Y型偏心支撑钢框架结构静力非线性分析模型  43-45
    4.1.1 耗能梁单元  43-44
    4.1.2 框架梁单元  44
    4.1.3 框架柱单元  44-45
    4.1.4 支撑单元  45
  4.2 结构体系的有限元分析  45-49
    4.2.1 结构单元剖分  45
    4.2.2 加载模式  45
    4.2.3 单元塑性铰指定  45-47
    4.2.4 P-△效应  47-49
5 Y型偏心支撑钢框架的参数分析  49-90
  5.1 概述  49
  5.2 算例简介  49-50
  5.3 Y型偏心支撑钢框架结构性能分析  50-51
    5.3.1 模型设计  50
    5.3.2 参数的变化对Y型偏心支撑钢框架性能的影响  50-51
  5.4 算例分析  51-90
    5.4.1 耗能梁段长度的影响  51-65
    5.4.2 耗能梁段腹板高厚比的影响  65-74
    5.4.3 耗能梁段翼缘宽厚比的影响  74-81
    5.4.4 耗能支撑布置的影响  81-90
6 结论与展望  90-92
  6.1 本文主要结论  90
  6.2 存在的问题及展望  90-92
致谢  92-93
参考文献  93-96
附录  96

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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