传统风格建筑钢结构体系抗震性能及设计方法

前言

第1章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.1.1传统风格建筑与古建筑的区别1

1.1.2传统风格建筑的形成与发展2

1.1.3传统风格建筑细部连接的构造2

1.1.4传统风格建筑钢节点的营造特点3

1.1.5传统风格建筑钢框架的表现形式4

1.2国内外相关研究现状5

1.2.1传统风格建筑的研究现状5

1.2.2转换柱连接及异形节点的研究现状7

1.2.3结构减震及阻尼节点的研究现状9

1.3本书的主要研究工作10

1.3.1传统风格建筑钢转换柱连接抗震性能研究10

1.3.2传统风格建筑节点抗震性能及减震研究10

1.3.3传统风格建筑钢框架结构抗震性能研究11

1.3.4传统风格建筑钢结构体系性能化设计及其建议11

第2章传统风格建筑钢转换柱连接抗震性能试验及理论研究12

2.1引言12

2.2试验概况12

2.2.1试件设计12

2.2.2试件制作及材料性能13

2.2.3加载装置及方案15

2.2.4量测方案15

2.3试验现象16

2.3.1加载过程16

2.3.2破坏模式17

2.4主要试验结果18

2.4.1滞回曲线18

2.4.2特征荷载19

2.4.3特征位移及延性19

2.4.4刚度退化19

2.4.5耗能性能20

2.4.6应变分布21

2.5考虑损伤效应的恢复力模型21

2.5.1骨架曲线22

2.5.2弹性段理论计算22

2.5.3塑性段理论计算24

2.5.4骨架曲线对比25

2.5.5双参数损伤效应26

2.5.6恢复力模型28

2.6本章小结29

第3章传统风格建筑钢转换柱连接受力特性研究31

3.1概述31

3.2模型建立31

3.2.1材料本构模型31

3.2.2单元类型选取及网格划分32

3.2.3边界条件及加载方式32

3.2.4影响因素33

3.3计算结果与试验结果对比分析33

3.3.1极限变形33

3.3.2滞回曲线34

3.3.3骨架曲线35

3.4钢材断裂研究37

3.4.1应力分析37

3.4.2等效塑性应变39

3.4.3母材断裂分析40

3.5本章小结41

第4章传统风格建筑带斗栱檐柱节点抗震性能试验43

4.1试验概况43

4.1.1试验目的43

4.1.2试件设计及制作43

4.1.3试件加载及测点布置49

4.2试验过程52

4.3破坏形态分析58

4.4试验结果59

4.4.1滞回曲线59

4.4.2骨架曲线60

4.4.3极限承载力和位移61

4.4.4延性62

4.4.5耗能性能63

4.4.6强度退化65

4.4.7刚度退化66

4.4.8节点区应变分析67

4.5本章小结69

第5章传统风格建筑钢结构双梁柱节点抗震性能试验70

5.1试件的设计及制作70

5.1.1试件设计70

5.1.2试件制作76

5.1.3材性试验76

5.2测量方法及加载方案76

5.2.1测量方法76

5.2.2加载装置79

5.2.3加载制度79

5.3试验过程81

5.3.1加载破坏过程81

5.3.2核心区应变87

5.3.3破坏模式90

5.4试验结果分析91

5.4.1滞回曲线91

5.4.2骨架曲线93

5.4.3变形能力93

5.4.4耗能能力95

5.4.5刚度退化95

5.4.6强度衰减96

5.4.7核心区剪切应变97

5.5本章小结98

第6章传统风格建筑钢结构双梁柱节点抗剪承载力分析100

6.1受力分析模型100

6.2下核心区抗剪承载力计算102

6.2.1节点域受力模型102

6.2.2下核心区斜截面抗剪承载力计算103

6.3验证分析106

6.3.1公式计算值和试验值对比106

6.3.2公式计算值和有限元计算值对比107

6.4本章小结107

第7章传统风格建筑钢结构新型阻尼节点动力加载试验109

7.1试验目的109

7.2试件的设计及制作110

7.2.1无控节点试件设计110

7.2.2阻尼器和有控试件设计110

7.2.3试件制作114

7.2.4材性试验114

7.2.5试验装置和加载制度114

7.2.6试验量测内容及测点布置120

7.3试验过程描述120

7.4应变分析127

7.5破坏模式分析129

7.6试验结果分析129

7.6.1滞回曲线129

7.6.2骨架曲线133

7.6.3变形能力133

7.6.4耗能分析135

7.6.5强度衰减137

7.6.6刚度退化138

7.7本章小结139

第8章传统风格建筑钢结构新型阻尼节点性能分析及设计建议141

8.1有限元模型的建立141

8.1.1材料的本构模型141

8.1.2单元类型和网格划分142

8.1.3接触关系和分析步设置142

8.1.4双梁连接器和阻尼器的模拟143

8.2计算结果与试验结果的对比分析144

8.2.1破坏模式分析144

8.2.2滞回曲线145

8.2.3骨架曲线149

8.2.4阻尼器阻尼力位移滞回曲线152

8.3有限元参数分析154

8.3.1柱轴压比154

8.3.2阻尼系数159

8.3.3阻尼器长度162

8.3.4阻尼器安装角度169

8.4设计建议176

8.5本章小结178

第9章传统风格建筑钢框架结构拟动力试验研究179

9.1引言179

9.2模型设计与制作180

9.2.1模型设计180

9.2.2试件制作183

9.2.3相似关系183

9.2.4模型材料性能184

9.3试验方法和测试内容185

9.3.1试验方法原理2100433B

本书系统地研究和阐述了传统风格建筑钢结构体系的抗震性能、结构构造与相关设计方法。全书共分11章，主要内容包括绪论、传统风格建筑钢转换柱连接抗震性能试验及理论研究、传统风格建筑钢转换柱连接受力特性研究、传统风格建筑带斗栱檐柱节点抗震性能试验、传统风格建筑钢结构双梁柱节点抗震性能试验、传统风格建筑钢结构双梁柱节点抗剪承载力分析、传统风格建筑钢结构新型阻尼节点动力加载试验、传统风格建筑钢结构新型阻尼节点性能分析及设计建议、传统风格建筑钢框架结构拟动力试验研究、传统风格建筑钢框架结构低周往复加载试验研究，以及传统风格建筑钢框架结构体系基于位移的抗震设计。

本书可供高等院校土木工程专业的教师、研究生和高年级本科生参考，也可供从事钢结构、古建筑、结构抗震及减震控制工作的科研人员、工程技术人员参考。

在钢结构连接节点设计中，柱脚是一个关键部位。柱脚的作用是将钢柱的下端固定于钢筋混凝土基础或基础梁，并将柱身所受的内力传递给基础。柱脚的受力性能对结构整体性有着直接的影响。本项目拟采用试验和有限元模拟分析相结合，开展钢柱脚抗震性能及设计方法研究。通过对钢柱脚试件的加载试验和有限元模拟，揭示在不同轴压与模拟地震往复水平加载下组合钢柱脚的受力机理、破坏模式、承载能力和变形特性。通过参数分析，研究轴压比、锚栓布置以及底板厚度等对钢柱脚抗震性能的影响规律。通过归纳分析试验和有限元模拟结果，提出钢柱脚的承载力、刚度的设计计算方法和公式，以及可用于整体结构分析的简化计算模型。通过典型钢框架结构的地震响应全过程数值模拟分析，研究钢柱脚的延性和变形的需求，提出确保钢柱脚抗震性能的构造要求与构造措施建议。本项目研究成果可以进一步完善钢结构抗震设计理论，并为提高钢结构建筑的地震安全提供技术保障。

在钢结构连接节点设计中，柱脚是一个关键部位。柱脚的作用是将钢柱的下端固定于钢筋混凝土基础或基础梁，并将柱身所受的内力传递给基础。柱脚的受力性能对结构整体性有着直接的影响。本项目通过对钢柱脚试件的加载试验和有限元模拟，揭示在不同轴压与模拟地震往复水平加载下组合钢柱脚的受力机理、破坏模式、承载能力和变形特性。通过参数分析，研究轴压比、锚栓数量以及锚栓布置对钢柱脚抗震性能及抗剪性能的影响规律。通过归纳分析试验和有限元模拟结果，提出钢柱脚的承载力的设计计算方法，以及可用于整体结构分析的简化计算模型。通过典型钢框架结构的地震响应全过程数值模拟分析，研究了外露式钢柱脚的延性和变形的需求，提出了外露式钢柱脚抗震设计的设计建议。本项目研究成果对多层钢框架的柱脚连接形式进行了系统的试验研究，进一步完善了钢结构抗震设计理论，并为提高多层钢结构建筑的地震安全提供技术保障。 2100433B

土钉支护技术在永久支护工程中已得到广泛的应用。但是，国内外对永久性土钉支护的抗震性能研究开展甚少。我国是地震多发地区，研究土钉支护结构体系的抗震性能和设计理论显得尤为重要。本项目旨在通过振动台模型试验揭示土钉支护结构体系在地震荷载作用下的变形和破坏机理；考虑土钉支护结构和土体的动力相互作用，采用合理的土体动力本构模型，寻求适当方案合理预测土钉支护结构体系破裂带的产生、宽度和倾角，消除因破裂带产生造成的计算时的病态网络依赖性后，开发相应的有限元计算程序，并利用振动台试验验证和完善此方法。建立土钉支护结构体系的强度、稳定性和变形的分析方法，提出稳定分析的时变安全系数计算方法，建立基于地震永久变形的安全评价方法。针对几种典型形状的边坡，统计地震作用下破坏面的地震反应规律，提出简便的抗震稳定性分析方法。对推动土钉支护结构抗震设计理论发展具重要意义。 2100433B