蝴蝶形钢板墙—自复位结构体系的抗震性能

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为了解决“中震可修”这个问题,一些研究者提出了自复位结构体系的概念,理想自复位结构在荷载作用后基本没有残余变形,能够自行恢复到受荷前的状态。蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系是基于自复位设计的一种新型结构形式,在梁长方向布置预应力钢绞线,耗能集中在蝴蝶形钢板墙上,主体结构保持在弹性状态,这些特点决定了此种结构体系能够成为解决“中震可修”的切实可行的方法。本文采用有限元软件ANSYS12.0对蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系进行有限元模拟,通过改变结构中钢绞线的初始预拉力、蝴蝶形钢板厚度、钢绞线面积、蝴蝶形短柱高度和根部宽度得到四组试件,对这四组试件进行单调加载和循环往复加载进行模拟研究,考虑结构主要参数对结构刚度、复位能力、承载能力和耗能能力的影响,并得到了一些结论:1)提出了钢板剪力墙-自复位结构体系的设计性能目标以及相对应的设计方法。2)Base试件在循环往复荷载作用下的滞回曲线呈现“双旗帜”型,残余层间位移角很小,而且此种结构体系有非常好的延性,在罕遇地震作用下,Base试件层间位移角可以达到3%,各系列试件加载的层间位移角都超过了2%。3)通过对模拟结果分析表明:合理设计参数会使结构满足自复位性能要求,框架梁柱和钢绞线保持在弹性状态,钢板墙作为主要的耗能器会进入到弹塑性阶段进行耗能,震后只需替换破坏的钢板墙就可重新获得全部的设计功能。
摘要第6-7页
Abstract第7页
第一章 绪论第11-20页
    1.1 课题背景和意义第11-12页
    1.2 自复位节点和钢板剪力墙的研究现状第12-18页
        1.2.1 钢框架自复位节点的研究现状第12-15页
        1.2.2 框架钢板剪力墙的研究现状第15-17页
        1.2.3 蝴蝶形钢板剪力墙的研究现状第17-18页
    1.3 自复位钢板剪力墙研究现状第18页
    1.4 蝴蝶形钢板剪力墙-自复位结构体系的研究意义和不足第18-19页
    1.5 本文研究的内容第19-20页
第二章 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系的模拟与验证第20-28页
    2.1 有限元软件的选择第20页
    2.2 有限元模型的建立第20-22页
        2.2.1 单元的选择第20-21页
        2.2.2 有限元模型中材料的本构关系第21页
        2.2.3 实体模型的建立第21页
        2.2.4 有限元模型的网格划分第21-22页
        2.2.5 接触单元第22页
        2.2.6 钢绞线的模拟第22页
    2.3 模型的加载求解第22页
    2.4 模型的后处理第22-23页
    2.5 钢板剪力墙模型的模拟验证第23-25页
    2.6 自复位节点的有限元模拟验证第25-27页
    2.7 本章小结第27-28页
第三章 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系理论研究第28-40页
    3.1 蝴蝶形钢板墙的理论分析第28-34页
        3.1.1 单个蝴蝶杆的受力分析第28-30页
        3.1.2 蝴蝶形钢板墙整体受力分析第30-31页
        3.1.3 蝴蝶形钢板墙极限承载力第31-32页
        3.1.4 内填蝴蝶形钢板墙的钢框架理论分析第32-34页
    3.2 无耗能器自复位钢框架的理论分析第34-36页
    3.3 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系性能第36-38页
    3.4 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系设计流程第38页
    3.5 本章小结第38-40页
第四章 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系的Base试件有限元分析第40-58页
    4.1 选取设计试件第40页
    4.2 蝴蝶形钢板墙-自复位结构体系Base模型的确定第40-48页
        4.2.1 蝴蝶形钢板墙承载力的设计第40-41页
        4.2.2 蝴蝶形钢板墙的刚度设计第41-42页
        4.2.3 预应力钢绞线面积的确定第42-43页
        4.2.4 钢绞线初始预应力大小的设计第43-44页
        4.2.5 梁的强度、稳定性验算第44-46页
        4.2.6 Base试件尺寸及详图第46-48页
    4.3 Base试件有限元分析第48-57页
        4.3.1 Base试件材料性能的选取第48页
        4.3.2 Base试件模型建立第48-50页
        4.3.3 Base试件的有限元计算结果分析第50-57页
    4.4 本章总结第57-58页
第五章 有限元试件模拟及参数分析第58-69页
    5.1 各组试件参数设计第58-59页
        5.1.1 PT系列试件第58页
        5.1.2 BT系列试件第58-59页
        5.1.3 PA系列试件第59页
        5.1.4 Wb系列试件第59页
    5.2 有限元模拟结果与分析第59-67页
        5.2.1 PT系列试件第59-61页
        5.2.2 BT系列试件第61-64页
        5.2.3 PA系列试件第64-65页
        5.2.4 Wb系列试件第65-67页
    5.3 本章总结第67-69页
第六章 结论与展望第69-71页
    6.1 结论第69-70页
    6.2 展望第70-71页
参考文献第71-74页
致谢第74-75页
作者简历第75页
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