可更换钢连梁抗震性能与设计方法研究

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1、分类号:TU310710-2014128053硕士学位论文可更换钢连梁抗震性能与设计方法研究胡亚敏导师姓名职称叶艳霞副教授专业学位类别申请学位级别工学硕士结构工程及领域名称论文提交日期2017年5月28日论文答辩日期2017年6月9日学位授予单位长安大学StudyonSeismicBehaviorandDesignMethodofReplaceableSteelCouplingBeamAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuYaminSuperviso

2、r：AssociateProf.YeYanxiaChang’anUniversity,Xi’an,China摘要连梁的耗能能力直接影响整体结构的安全。目前高层建筑剪力墙结构多采用钢筋混凝土连梁，然而大量试验及震后观测表明，钢筋混凝土连梁多发生剪切破坏，其强度和刚度退化严重，耗能能力较差。型钢梁的变形和耗能能力远好于钢筋混凝土连梁。采用型钢梁代替普通钢筋混凝土连梁，组成混合联肢剪力墙结构，成为较理想的结构形式。然而钢连梁与剪力墙的节点区域往往破坏较为严重，影响了墙肢的受力性能，且震后修复困难。鉴于此，国内外学

3、者提出了可更换钢连梁的概念，即把钢连梁分为三段：两端钢连梁及削弱的中间耗能段，三段之间通过螺栓拼接板或端板连接。可更换钢连梁将破坏集中于中间削弱段，震后只需更换中间段，方便快捷且节约成本。为了使可更换钢连梁安全可靠且具有较好的抗震性能，本文所做的主要研究工作有：（1）运用有限元分析软件ABAQUS对已有试验数据进行模拟，通过试验和有限元模拟所得滞回曲线、骨架曲线、能量耗散指标及应力云图等方面的对比，验证了有限元建模的科学性和有效性。（2）建立4个不同跨中削弱段腹板厚度的有限元模型，研究跨中削弱段腹板厚度对可

4、更换钢连梁承载力、延性及耗能性能的影响。随着跨中削弱段腹板厚度的增加，钢连梁的极限承载力逐渐提高，但提高的幅度逐渐趋于平缓；延性系数和能量耗散系数均随腹板厚度增加有所提高，当腹板厚度增加到一定程度后，其延性系数和耗能系数稍有下降；当腹板厚度比增大到0.7时，破坏发生在连梁端部翼缘上，不集中于跨中削弱段。综合考虑可更换段腹板厚度对钢连梁抗震性能的影响，腹板厚度比为0.5~0.6时最适宜。（3）建立6个不同跨中削弱段长度的有限元模型，研究跨中削弱段长度对可更换钢连梁承载力、耗能性能及刚度的影响。随着可更换段长跨

5、比的增大，钢连梁的承载力逐渐降低，长跨比在0.35~0.55之间时，承载力降低较少；能量耗散系数先增大后减小，长跨比在0.39~0.55之间时，耗能能力较好。综合考虑可更换段长跨比对连梁抗震性能的影响，长跨比在0.39~0.55之间时最适宜。（4）简述可更换钢连梁的抗震设计原则，并在有限元分析的基础上，对规范中的普通工字钢腹板抗剪计算公式进行修正，给出带有跨中削弱段的可更换钢连梁抗剪承载力计算的建议公式。关键词：联肢剪力墙，可更换构件，钢连梁，抗震设计，有限元分析IAbstractTheenergydiss

6、ipationofthecouplingbeamdirectlyaffectsthesafetyofthewholestructure.Atpresent,high-risebuildingshearwallstructureusuallyusereinforcedconcretecouplingbeams,however,alargenumberoftestsandpost-earthquakeobservationsshowthatreinforcedconcretecouplingbeamsalway

7、soccurshearfailure,itsstrengthandstiffnessretrogradeseriously,energydissipationcapacityispoor.Thedeformationandenergydissipationcapacityofsteelbeamsismuchbetterthanthatofreinforcedconcretecouplingbeams.Usingsteelbeamsinsteadofordinaryreinforcedconcretecoup

8、lingbeams,composingmixedjointshearwallstructure,hasbecomeanidealformofstructure.However,thenodeareaofsteelbeamandshearwallisoftenseriouslydamaged,affectingthemechanicalperformanceofwalllimbs,anddifficulttorep