局部倒塌后钢框架加固设计与抗震性能分析

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1、局部倒塌后钢框架加固设计与抗震性能分析(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：土木工程系工程领域：建筑与土木工程申请人：张宁指导教师:王元清教授联合指导教师：丁大益教授级高工二○一五年六月TheStrengtheningDesignandSeismicPerformanceAnalysisofSteelFrameafterLocalCollapseThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngi

2、neeringbyZhangNing(ArchitecturalandCivilEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorWangYuanqingAssociateSupervisor:ProfessorSeniorEngineerDingDayiJune,2015摘要摘要由于国情因素、材料耐久、自然灾害等原因，一部分现有的钢结构亟需加固，本文以某发生过局部倒塌的桁架梁钢框架为工程背景，使用有限元软件对不同加固方法下的钢框架做了比较全面的分析，所做工作包括：待加固钢框架的检测分析；桁架梁节点加固前后的性能评估；不同加固方案下的钢框架在

3、反应谱和弹性时程分析下的动力反应；钢-混凝土组合加固方法的提出与计算。1)通过对事故现场的实地考察以及对加固前结构的整体模型计算，对该结构进行整体性能分析，所做工作包括：断裂节点的性能评估；桁架主梁的性能评估；对加固前的模型进行抗震分析。2)为了对钢结构加固提出更合理、更经济的加固方法，并对类似结构提供加固设计思路，论文采用备选的三种加固方案来进行建模分析，并通过计算分析的结果、施工的成本、材料的选择以及施工时长等多种影响因素的影响来对他们进行方案比较。3)针对桁架梁节点进行加固，具体的措施是：增焊节点板以及角钢来加强桁架梁端部；桁架梁两侧外焊槽钢来提高梁的整体力学性

4、能。手算节点的焊缝承载力并使用有限元软件校核来验证结构加固是否合理。使用有限元软件Abaqus对六组不同加固程度的构件进行抗震性能的分析。根据实际情况给出相应构件加固方案，并通过手算和电算来验证加固的合理性。4)对于施工阶段停工的特殊钢框架结构，在混凝土尚未浇筑的情况下，采取改造成组合梁、钢柱外包混凝土的钢框架组合加固方案，分别验算施工阶段下纯钢桁架梁的承载力，而在使用阶段下提取最不利组合下组合梁、钢骨混凝土柱的内力，手算校核梁柱抗弯、抗剪承载力，同时计算结构整体的动力特性与小震下的层间位移角。本文总结了几种常见的钢框架加固方法，以及组合加固方法的计算方式，可以为相似

5、工程提供设计参照，有一定的工程使用价值。关键词：钢框架；桁架梁加固；组合加固法；钢柱外包混凝土加固IAbstractAbstractDuetothereasonofspecialfactorsofChina,material’sdurabilityanddisaster,someexistingsteelframeneedtobereinforced.Withthesteelframemadeoftrussgirderasengineeringbackground,thearticleusesfiniteelementsoftwaretomakeacomprehens

6、iveanalysisofsteelframeafterlocalcollapsehappened,including:theinvestigationanalysisofsteelframebeforestrengthening;TheanalysisofTrussgirderjoint;Thedynamicresponseofsteelframeundertheresponsespectrumandelastictimehistoryanalysis;Thecalculationofconcretecompositereinforcementmethod.1)Th

7、roughtheinvestigationofthesceneoftheaccidentandcalculationresultofwholemodel,thestructurehasarelativelycomprehensiveanalysis:Theperformanceanalysisoffracturedjoint;Themajortrussgirder;Seismicanalysisofthestructurebeforestrengthening.2)Inordertofindamoreproperandcheapmethodforth