帶有約束屈曲支撐桿件空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能分析與試驗研究.pdf

1、近年來大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震性能研究尤為重要。目前，抗震設(shè)計方法是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身的剛度來抵御地震作用，滿足抗震設(shè)防目標(biāo)，當(dāng)遇到強(qiáng)烈地震時結(jié)構(gòu)的主受力構(gòu)件將進(jìn)入彈塑性工作階段，造成結(jié)構(gòu)的損傷。因而提高大跨空間結(jié)構(gòu)的安全度、降低結(jié)構(gòu)損傷將是大跨空間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的發(fā)展方向之一。而我國大部分地區(qū)又處于地震區(qū)，需要考慮地震動的影響，所以對大跨度結(jié)構(gòu)抗震減震性能進(jìn)行深入細(xì)致的研究有著非常重要的理論意義和工程實用價值。鑒于此，本文首先提

2、出一種帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐，詳細(xì)分析研究其性能，然后運用結(jié)構(gòu)控制理論，結(jié)合空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力與構(gòu)造特征，提出利用帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐代替原結(jié)構(gòu)部分桿件的思路，構(gòu)成了新的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)減震體系，并對裝有約束屈曲支撐的網(wǎng)殼體系的抗震性能進(jìn)行了分析和研究。本文主要在以下幾個方面進(jìn)行了分析研究： (1)提出新型約束屈曲支撐構(gòu)造，即帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐，它具有比混凝土外包的約束屈曲支撐構(gòu)件質(zhì)量輕、連接方便、接合段強(qiáng)度和剛

3、度高等優(yōu)點，非常適合在大跨度空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。 (2)建立了帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐簡化計算模型，根據(jù)能量理論推導(dǎo)出約束屈曲支撐的剛度方程，并利用MATLAB語言編制有限元計算程序，計算了該支撐的穩(wěn)定承載能力。 (3)建立帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐的有限元實體模型，利用ANSYS軟件對帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐進(jìn)行詳細(xì)地分析與研究，全面掌握構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和耗能特性。 (4)在有限元計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行了新型支

4、撐構(gòu)件的試驗研究，討論了支撐在單向加載下的承載能力、荷載位移曲線變化規(guī)律；分析了在循環(huán)加載下帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐的耗能性能，并且討論了接觸環(huán)數(shù)量、外套管間隙、外套管剛度對滯回曲線的影響。最后得到了帶接觸環(huán)的雙鋼管約束屈曲支撐的恢復(fù)力特性及簡化模型。 (5)將帶接觸環(huán)的約束屈曲支撐裝入網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，替換網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中部分桿件，替換后使得結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼發(fā)生了變化，通過剛度和阻尼的變化來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，并根據(jù)結(jié)構(gòu)控制理論提出了新

5、型結(jié)構(gòu)的減震思想。利用通用軟件ANSYS對裝有約束屈曲支撐的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力時程分析，研究了單層K6型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力性能，討論了結(jié)構(gòu)在水平地震作用、豎向地震作用以及三向地震作用下的動力響應(yīng)規(guī)律。 (6)研究在三向地震作用下帶約束屈曲支撐網(wǎng)殼與下部支承結(jié)構(gòu)共同工作時的震性能，發(fā)現(xiàn)裝有約束屈曲支撐后，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點位移峰值和主受力桿件內(nèi)力峰降低幅度較大，整個網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力比較均勻。使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移的峰值大幅減小，防止了結(jié)構(gòu)個別桿件的