【博士】钢管混凝土斜交网格柱外筒混合结构抗震性能研究

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内容简介

　　【学位年度】2009　　【摘要】　　 由于建筑功能及造型的需要，传统的结构形式受到挑战，需要整体刚度大、适应性强的空间结构新形式。近年来新出现的高层斜交网格结构形式具有规则的几何变化规律，可以获得特殊的视觉效果。例如，伦敦的瑞士再保险总部大厦和国内的广州电视塔、广州西塔等均采用了这一新型结构形式。钢管混凝土结构具有良好的抗震性能，能减小构件截面尺寸。从而出现了钢管混凝土斜交网格柱外筒混合结构体系，并在广州西塔结构中得到了实际应用。然而，目前对这种新的钢管混凝土斜交网格柱外筒混合结构体系的抗震性能研究和认识尚不够深入。因此，对这种新型体系的抗震性能进行研究，具有重要的理论指导和工程实践意义。为此，根据相似理论，设计并制作了一个高层斜交网格柱外简体系的整体结构模型，进行了该模型的整体结构模拟地震振动台试验，结合数值理论计算分析，全面系统地研究了该结构体系的抗震性能，提出了考虑频率和阻尼比变化的整体结构抗震损伤评估方法。主要研究内容如下： ⑴概述了高层斜交网格简体结构体系的基本概念与组成形式，该结构体系在实际工程中的应用可以有多种空间几何形式，造型多样、美观，可以适应复杂的建筑造型的需要；并指出其工程难点和解决方案。 ⑵建立了钢管混凝土柱斜交节点的三维实体有限元模型，进行了往复荷载作用下的非线性模拟分析，得到节点在低周往复荷载作用下的荷载—位移曲线，较好地预测了它的弹塑性行为。结果表明：钢管混凝土斜交节点的滞回曲线对称、饱满，耗能能力强，说明钢管混凝土斜交节点的抗震性能良好。最后研究了影响斜交节点耗能性能的主要影响因素。 ⑶对一个典型的高层钢管混凝土斜交网格筒体结构，进行了整体结构模拟地震振动台试验，验证了这种结构体系具有较大的抗侧刚度，具有良好的整体抗震性能。 ⑷采用大型通用有限元程序ANSYS软件对上述整体结构模拟地震振动台试验过程进行了数值模拟分析，与试验取得了基本一致的结果，分析结果表明：该结构在7度地区Ⅱ类场地上能够满足抗震要求，能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。 ⑸结合在同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台实验室做过的多个不同的高层整体结构模拟地震振动台试验，根据地震作用下建筑结构自振频率和阻尼比的变化规律，提出了一种基于频率和阻尼比测量的高层建筑地震作用损伤模型和损伤指标。该损伤模型考虑了高阶振型、振型参与系数、阻尼比和测试方法等影响因素，并验证了该损伤模型对各类高层结构体系的整体损伤具有较准确的识别能力，可用于结构的整体损伤评估。　　共151页

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