【博士】鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱外筒混合結(jié)構(gòu)抗震性能研究

內(nèi)容簡介

　　【學(xué)位年度】2009　　【摘要】　　由于建筑功能及造型的需要，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式受到挑戰(zhàn)，需要整體剛度大、適應(yīng)性強(qiáng)的空間結(jié)構(gòu)新形式。近年來新出現(xiàn)的高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(nèi)的廣州電視塔、廣州西塔等均采用了這一新型結(jié)構(gòu)形式。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，能減小構(gòu)件截面尺寸。從而出現(xiàn)了鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱外筒混合結(jié)構(gòu)體系，并在廣州西塔結(jié)構(gòu)中得到了實(shí)際應(yīng)用。然而，目前對這種新的鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱外筒混合結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究和認(rèn)識尚不夠深入。因此，對這種新型體系的抗震性能進(jìn)行研究，具有重要的理論指導(dǎo)和工程實(shí)踐意義。為此，根據(jù)相似理論，設(shè)計(jì)并制作了一個高層斜交網(wǎng)格柱外簡體系的整體結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了該模型的整體結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值理論計(jì)算分析，全面系統(tǒng)地研究了該結(jié)構(gòu)體系的抗震性能，提出了考慮頻率和阻尼比變化的整體結(jié)構(gòu)抗震損傷評估方法。主要研究內(nèi)容如下： ⑴概述了高層斜交網(wǎng)格簡體結(jié)構(gòu)體系的基本概念與組成形式，該結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程中的應(yīng)用可以有多種空間幾何形式，造型多樣、美觀，可以適應(yīng)復(fù)雜的建筑造型的需要；并指出其工程難點(diǎn)和解決方案。 ⑵建立了鋼管混凝土柱斜交節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體有限元模型，進(jìn)行了往復(fù)荷載作用下的非線性模擬分析，得到節(jié)點(diǎn)在低周往復(fù)荷載作用下的荷載—位移曲線，較好地預(yù)測了它的彈塑性行為。結(jié)果表明：鋼管混凝土斜交節(jié)點(diǎn)的滯回曲線對稱、飽滿，耗能能力強(qiáng)，說明鋼管混凝土斜交節(jié)點(diǎn)的抗震性能良好。最后研究了影響斜交節(jié)點(diǎn)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(wǎng)格筒體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗(yàn)，驗(yàn)證了這種結(jié)構(gòu)體系具有較大的抗側(cè)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(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗(yàn)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，與試驗(yàn)取得了基本一致的結(jié)果，分析結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)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(shè)防要求。 ⑸結(jié)合在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室振動臺實(shí)驗(yàn)室做過的多個不同的高層整體結(jié)構(gòu)模擬地震振動臺試驗(yàn)，根據(jù)地震作用下建筑結(jié)構(gòu)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(biāo)。該損傷模型考慮了高階振型、振型參與系數(shù)、阻尼比和測試方法等影響因素，并驗(yàn)證了該損傷模型對各類高層結(jié)構(gòu)體系的整體損傷具有較準(zhǔn)確的識別能力，可用于結(jié)構(gòu)的整體損傷評估?！　」?51頁

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