【摘 要】
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高层钢结构的破坏与地震动的特性密切相关。目前,针对高层钢结构破坏模式与地震动特性关联性的判别方法及破坏模式的控制方法研究较少。本文建立并验证了考虑梁端损伤累积效应的高层钢结构模型,在此基础上进行考虑地震动特征影响的高层钢结构破坏模式分类及其判别方法研究,并进一步开展基于粘滞阻尼器的高层钢结构破坏模式控制方法研究。主要研究内容与结论如下:(1)提出了一种可用于钢梁疲劳损伤模拟,并可弥补梁柱连接的梁单
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高层钢结构的破坏与地震动的特性密切相关。目前,针对高层钢结构破坏模式与地震动特性关联性的判别方法及破坏模式的控制方法研究较少。本文建立并验证了考虑梁端损伤累积效应的高层钢结构模型,在此基础上进行考虑地震动特征影响的高层钢结构破坏模式分类及其判别方法研究,并进一步开展基于粘滞阻尼器的高层钢结构破坏模式控制方法研究。主要研究内容与结论如下:(1)提出了一种可用于钢梁疲劳损伤模拟,并可弥补梁柱连接的梁单元建模误差的钢材损伤参数取值方法。结果表明,采用重标定钢材损伤参数的钢梁模型与结构模型均可再现梁端损伤累积效应,且在不同加载制度下仍具有适用性。(2)提出了一种高层钢框架结构破坏模式的判别方法。分析了20组地震动下层间位移角的分布规律,与地震动的加速度反应谱值统计分析,确定了破坏模式判别指标,并进行了算例验证。结果表明,高层钢框架结构破坏模式根据破坏位置可以分为三类,其与第一、二阶模态周期对应的加速度反应谱的比值相关。本文分析中,该值超过0.36时,易出现下1/3结构高度内破坏;不足0.23时,易出现上1/3结构高度内破坏;0.23~0.36之间时,可能同时出现上述两种破坏。算例分析表明,本文判断方法对三种破坏模式的预测准确率最高可达89%。(3)提出了一种高层钢框架结构的层间损伤均匀度评估方法。基于层间位移角离散程度将层间损伤均匀程度划分为三类,确定了其量化指标,分析了20组层间位移角曲线与该指标的统计规律。结果表明,该指标值越大层间损伤越不均匀。本文分析中,该指标值不超过0.12时,层间损伤均匀;0.12~0.21之间时,损伤集中于2/3结构高度内;超过0.21时,损伤集中于在上下1/3结构高度内。(4)提出了一种基于粘滞阻尼器的高层钢框架结构破坏模式控制方法。阻尼器布置方案以损伤均匀度为控制指标,以有效层间位移原则确定布置层数,以平均层间剪力比值确定不同的楼层的阻尼系数比例。在本文分析中,采用前述方法进行高层钢框架结构破坏模式控制后,可使布置阻尼器楼层的层间位移角最大值与最小值之差由0.024rad降至0.002rad,整体层间损伤均匀度由0.37降至0.11,破坏模式趋于均匀损伤。
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