【博士】鋼管混凝土斜交網格柱外筒混合結構抗震性能研究

內容簡介

　　【學位年度】2009　　【摘要】　　由于建筑功能及造型的需要，傳統(tǒng)的結構形式受到挑戰(zhàn)，需要整體剛度大、適應性強的空間結構新形式。近年來新出現的高層斜交網格結構形式具有規(guī)則的幾何變化規(guī)律，可以獲得特殊的視覺效果。例如，倫敦的瑞士再保險總部大廈和國內的廣州電視塔、廣州西塔等均采用了這一新型結構形式。鋼管混凝土結構具有良好的抗震性能，能減小構件截面尺寸。從而出現了鋼管混凝土斜交網格柱外筒混合結構體系，并在廣州西塔結構中得到了實際應用。然而，目前對這種新的鋼管混凝土斜交網格柱外筒混合結構體系的抗震性能研究和認識尚不夠深入。因此，對這種新型體系的抗震性能進行研究，具有重要的理論指導和工程實踐意義。為此，根據相似理論，設計并制作了一個高層斜交網格柱外簡體系的整體結構模型，進行了該模型的整體結構模擬地震振動臺試驗，結合數值理論計算分析，全面系統(tǒng)地研究了該結構體系的抗震性能，提出了考慮頻率和阻尼比變化的整體結構抗震損傷評估方法。主要研究內容如下： ⑴概述了高層斜交網格簡體結構體系的基本概念與組成形式，該結構體系在實際工程中的應用可以有多種空間幾何形式，造型多樣、美觀，可以適應復雜的建筑造型的需要；并指出其工程難點和解決方案。 ⑵建立了鋼管混凝土柱斜交節(jié)點的三維實體有限元模型，進行了往復荷載作用下的非線性模擬分析，得到節(jié)點在低周往復荷載作用下的荷載—位移曲線，較好地預測了它的彈塑性行為。結果表明：鋼管混凝土斜交節(jié)點的滯回曲線對稱、飽滿，耗能能力強，說明鋼管混凝土斜交節(jié)點的抗震性能良好。最后研究了影響斜交節(jié)點耗能性能的主要影響因素。 ⑶對一個典型的高層鋼管混凝土斜交網格筒體結構，進行了整體結構模擬地震振動臺試驗，驗證了這種結構體系具有較大的抗側剛度，具有良好的整體抗震性能。 ⑷采用大型通用有限元程序ANSYS軟件對上述整體結構模擬地震振動臺試驗過程進行了數值模擬分析，與試驗取得了基本一致的結果，分析結果表明：該結構在7度地區(qū)Ⅱ類場地上能夠滿足抗震要求，能夠滿足小震不壞、中震可修、大震不倒的抗震設防要求。 ⑸結合在同濟大學土木工程防災國家重點實驗室振動臺實驗室做過的多個不同的高層整體結構模擬地震振動臺試驗，根據地震作用下建筑結構自振頻率和阻尼比的變化規(guī)律，提出了一種基于頻率和阻尼比測量的高層建筑地震作用損傷模型和損傷指標。該損傷模型考慮了高階振型、振型參與系數、阻尼比和測試方法等影響因素，并驗證了該損傷模型對各類高層結構體系的整體損傷具有較準確的識別能力，可用于結構的整體損傷評估?！　」?51頁

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