减震与隔震集成技术在立体钢管拱桁架结构体系中的应用研究

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从古至今,地震都是对人类生活带来威胁的最严重的自然灾害之一。改革开放以来,全国各地涌现了建设狂潮,随着建筑水平的越来越高,建筑形式各式各样,对结构的安全程度有了一个很大的挑战。在这个倡导低碳、节能的时代,通过增加用钢量来增加结构的强度,既浪费成本,还使结构更为笨重,失去了其特有的美感。于是乎,减震技术呼之即出.不过,作为一种新兴产业,减震技术的研究水平还很不成熟,特别是在大跨度空间钢结构中的应用还十分稀少,因此本文以60m跨三心圆立体钢管拱桁架结构体系为对象,采取减震、隔震和减震加隔震三种降低地震响应的技术方案,研究在三向地震波作用下该结构体系弹塑性动力响应性能的变化规律,为在大跨空间结构中推广应用隔震与减震技术提供研究基础。   论文的主要研究内容为:(1)描述地震给人类生命安全带来的巨大影响和减震隔震技术从理论到实践的发展过程和现状,分析国内外隔震、耗能减震技术在建筑领域的应用情况,根据建筑物减震隔震中的优点及其未来的发展方向确定本文的主要研究内容;根据建筑物减震技术的基本原理,论述铅芯橡胶支座以及防屈曲支撑阻尼单元的基本力学性能,为第四章隔震耗能减震结构的动力分析提供理论基础。   (2)文中,首先运用3d3s软件对60m跨三心圆立体钢管拱桁架的模型进行了设计,并对其进行了弹性分析。采用SAP2000对60m跨三心圆立体钢管拱桁架进行了弹塑性动力的分析,选取了适合Ⅲ类场地的EMC波、Hollywood波、和SH人工波,将其沿三向分别作用于结构,通过逐步增大地震波的加速度峰值的方法,记录了杆件的最大节点位移,关键杆件轴力响应,以及杆件进入塑性发展程度以及比例,同时考虑材料及几何非线性,研究其延性指标及破坏形态。   (3)本文建立了三种减震模型与原结构进行对比分析,分别为添加了铅锌橡胶隔震支座的减震模型1,添加了防屈曲耗能阻尼支撑单元的减震模型2以及同时添加了铅锌橡胶隔震支座和防屈曲耗能阻尼支撑单元的减震模型3,采用时程分析方法对比分析研究原结构以及三种减震结构的失效机理和破坏形态,从而来分析减震结构的减震效果。   研究取得的主要结论为:   (1)在结构运用了减震技术之后,结构杆件进入塑性阶段的加速度峰值得到了明显的延迟,从原来的350gal左右最多延迟到740gal左右,结构的周期得到了显著的提高,相比于原非减震结构,减震结构模型承载能力最小提高59.4%最高可以达到161%之多,减震效果明显。   (2)经过对比分析,四种结构的破坏机理大体一致,都是在破坏界限处通过小的加速度峰值的增加,结构节点产生了大的位移,既都属于动力失稳的破坏。且在三种不同地震波作用下,杆件的塑性发展程度,塑性铰数量几乎相同。由于结构侧向比较薄弱,通过在该方向添加防屈曲耗能阻尼单元支撑,结构的整体性得到了明显的改善,结构强度得到了很大程度的提高。
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