竖向预应力钢结构体系抗震性能及破坏模式研究

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针对原创巨型钢框架-拉索支撑体系,分别采用倒三角和均匀分布两种水平荷载分布模式,进行Pushover推覆分析。研究该结构在两种水平荷载分布模式下预应力拉索在静力推覆过程中的应力变化;分析结构在罕遇地震作用下构件塑性铰出现的先后顺序;评判巨型钢框架-拉索支撑体系在多遇及罕遇地震作用下的抗震性能,判断层间位移角是否满足规范规定的弹塑性层间位移角限值。将巨型钢框架-拉索支撑体系和巨型框架结构进行了对比分析,研究了在巨型钢框架中引入拉索对结构的破坏模式、初始刚度、破坏模式、极限荷载、抗震性能评估的影响。对巨型钢框架-拉索支撑体系进行了反应谱分析和时程分析,对比了反应谱分析作用下基底剪力和推覆分析多遇地震作用下性能点处对应的基底剪力。在时程分析作用下验算了8度罕遇地震作用层间位移角,并与抗震设计规范进行了对比。最后,分析了预应力拉索参数改变对巨型钢框架-拉索支撑体系Pushover分析的影响,确定了拉索直径参数和拉索预拉力参数的范围。  研究表明:巨型钢框架-拉索支撑体系在达到水平极限状态时,倒三角型加载模式比均匀分布加载模式出现破坏层数相对高一些,两种水平荷载加载方式的破坏模式基本一致;按均匀分布得到的抗侧刚度大于按倒三角分布的抗侧刚度;在8度多遇、8度罕遇及9度罕遇地震作用下,结构处于弹性状态,层间位移角亦满足抗震规范规定的层间位移角限值的要求,结构的抗震性能良好;拉索退出工作的时间越早,则同一层中另一拉索拉力增加的速度越快。  相比于巨型钢框架-拉索支撑体系,巨型钢框架结构塑性铰出现数量较多;其极限荷载、初始刚度、性能点处对应的底部剪力均小于相同截面的巨型钢框架-拉索支撑体系;极限荷载下降幅度为20%左右;初始刚度下降幅度达到40%左右;8度地震下性能点处对应的基底剪力下降25%左右。  将两种水平荷载分布模式下推覆分析的结果、反应谱法分析结果、时程分析平均结果四者进行对比分析可知,在8度地震作用下,层间位移角最大值的顺序为:均匀分布模式、倒三角分布模式、反应谱分析、时程分析平均值;基底剪力平均值大小顺序为:时程分析平均值、反应谱分析、均匀分布模式、倒三角分布模式。反应谱分析和时程分析下对应的层间位移角、弹性时程分析得到的底部剪力均满足抗震设计规范要求。  预拉力大小的提高,对Pushover分析的影响,不论在破坏模式、极限荷载、初始刚度、还是在抗震性能评估方面影响均较小。拉索直径变化对结构的极限荷载和相应的顶点位移、初始刚度、性能点处对应的基底剪力及顶点位移均有较大影响。
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