L型平面不规则钢框架结构抗震性能研究

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1、分类号：TU391密级：公开单位代码：10878学号：20153301004硕士学位论文论文题目：L型平面不规则钢框架结构抗震性能研究学科门类：工学硕士学科专业：结构工程研究方向：工程结构抗震理论与应用作者姓名：王淞导师姓名：雷庆关完成时间：2018年3月L型平面不规则钢框架结构抗震性能研究ResearchonseismicperformanceofirregularsteelframestructurewithL-shapedflat学科门类：工学硕士学科专业：结构工程研究方向：工程结构抗震理论与应用作者姓名：王淞导师姓名：雷庆关完成时间：2018年3月摘要

2、在建筑行业发展的过程中，建筑结构形式也在不断丰富。不规则建筑物是比较常见的一种，其在增添建筑物美观的同时也带来了设计上的困难。钢结构与其它材料的结构相比，具有强度高、结构重量轻、韧性好等优点。在满足造型和使用功能的前提下，根据技术先进、经济合理的原则开发先进合理的结构体系是钢结构发展的重要内容。本文首先介绍了平面不规则建筑的类型，接着介绍了钢结构的特点及应用情况、钢结构在地震中的破坏形式，随后对平面不规则结构及钢框架结构的国内外研究现状进行了回顾。本文通过大型有限元分析软件SAP2000建立了三个L型平面不规则钢框架结构模型，分别是纯钢框架结构模型一、偏心支撑

3、钢框架结构模型二和中心支撑钢框架结构模型三，对三个模型进行模态分析、反应谱分析、线性时程分析、Pushover分析及非线性时程分析，得到其地震响应，判断不同支撑形式对钢框架结构抗震性能的影响，为工程设计工作提供参考。通过模态分析得到三个模型前12阶自振周期和质量参与系数，判断出模型一的第一振型为Y向平动，第二振型为扭转，第三振型为X向平动；而增设支撑后的模型二和模型三前两阶振型均为平动，直到第三振型才表现为扭转。从三个模型的平扭特性可知，支撑显著增强了纯框架结构的抗扭能力。另外，三个模型的扭转平动周期比是依次减小的，进一步说明了支撑对提高结构抗扭刚度的贡献。对

4、三个模型进行水平双向反应谱分析，得到三个模型水平双向的楼层位移及层间位移角。由三个模型的水平双向楼层位移可知，三个模型在各个楼层均表现为Y向楼层位移大于X向，说明结构在增设支撑前后均为Y向抗侧刚度较小。另外，观察三个模型X向楼层位移包络图，发现在各个楼层均是模型一的楼层位移最大、模型三的楼层位移最小，两种支撑模型相比纯框架模型降幅显著，但两种支撑模型之间相差不大，说明中心支撑和偏心支撑均能显著提高结构的抗侧刚度，但两者相差不大。从三个模型的层间位移角可以发现，三个模型的抗扭刚度依次增强。选取两条实际强震记录Elcentro地震波、Tangshan地震波和一条人

5、工模拟加速度时程曲线Lanzhou波，观察三个模型在三条地震波下的X向楼层位移及层间位移角。三个模型的X向最大楼层位移均表现为Elcentro波时最大，Tangshan波时次之，Lanzhou波下最小。观察三个模型的层间位移角包络图，发现同一模型在不同地震波下的薄弱位置和最大层间位移角的值是不同的，说明即使选择的是来自相同场地类别和设计地震分组的时程曲线，结构所产生的地震响应也会不同。通过Pushover分析，得到三个模型的ATC-40能力谱曲线图。可以发现，多遇地震时随着谱位移的增大，三个模型的抗侧能力谱曲线均单调上升；罕遇地震时，随着谱位移的增大，三个模型

6、的抗侧能力谱曲线开始时不断上升，随着结构中的塑性铰越I来越多，结构开始卸载，曲线在达到峰值后出现下降。观察推覆过程中塑性铰的发展情况，发现模型一中塑性铰最先出现在窄跨，模型二和模型三的塑性铰最先出现在支撑上，说明模型一在窄跨较薄弱，模型二和模型三中的支撑有效地耗散了地震能量，提高了结构的稳定性。依然选取Elcentro波、Tangshan波和Lanzhou波，对三个模型进行非线性时程分析。发现模型一的最大层间位移角超过了抗规中的限值1/50，而增设支撑后的两个模型的最大层间位移角均有不同程度的减小并已满足抗规要求，体现出支撑对结构整体刚度的提升。另外，罕遇地震

7、下非线性时程分析时，三个模型中塑性铰的出铰位置及铰的塑性变形状态均与Pushover分析中的情况有明显差别。图：[64]；表：[12]；参：[45]；关键词：平面不规则；抗震性能；钢结构；模态分析；时程分析分类号：TU391IIAbstractIntheprocessofthedevelopmentoftheconstructionindustry,theformofarchitecturalstructureisalsoconstantlyenriched.Irregularbuildingisoneofthecommonforms,theynotonlya

8、ddthebeautyofthebui