新型防屈曲支撐鋼框架結構抗地震倒塌分析與設計

《新型防屈曲支撐鋼框架結構抗地震倒塌分析與設計》是依託哈爾濱工業大學，由賈明明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型防屈曲支撐鋼框架結構抗地震倒塌分析與設計
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈明明

項目摘要

研製開發具有自主智慧財產權的新型防屈曲支撐，確定新型的截面組成方式和構造措施，使其滿足構造形式合理、加工製作簡便、性能優良的要求，並對其抗震性能進行深入的理論與試驗研究。結合汶川地震的震害調查數據，運用模態Pushover和Pushdown，IDA和豎向IDA等分析技術綜合考慮結構在地震作用下的側向增量倒塌失效模式和豎向連續倒塌失效模式。研究確定新型防屈曲支撐鋼框架抗地震倒塌最為合理的結構形式、構件剛度匹配原則和支撐布置方式，並給出新型防屈曲支撐提高鋼框架結構抗地震倒塌能力的定量化指標。採用能力譜法和動力能力譜法研究完整結構基於整體位移設計表達式的抗側向增量倒塌設計方法，並研究損傷結構基於整體承載力設計表達式的抗豎向連續倒塌設計方法，給出提高結構抗倒塌能力的概念設計準則和抗震構造措施建議，從而為汶川地震後的建築抗震設計規範修訂提供理論依據和決策支持，並推動工程實際套用。

結題摘要

對新型十字形、工字形非屈服段防屈曲的滯回性能進行了試驗研究和有限元分析，結合研究結果和試件的破壞特徵，提出了設計建議。認為工字形截面無約束段可以解決十字形截面抗彎能力較弱、容易發生屈曲失穩的缺點。新型防屈曲支撐滯回性能穩定飽滿，無粘結材料有效消除了拉壓承載力不平衡，支撐耗能能力強，最大延性和累計延性均滿足要求。兩層單跨防屈曲支撐框架結構的擬靜力試驗標明其具有良好的抗震性能和抗倒塌性能。結構構件的屈服和破壞直至倒塌失效遵循著防屈曲支撐—梁—柱的順序，屬於支撐梁鉸破壞機制，防屈曲支撐起到了保護主體結構的作用。框架結構安裝防屈曲支撐後，結構的抗側剛度、極限承載力和耗散能力可以顯著提高，並且具有良好的延性、穩定的後期剛度和承載能力。我國現行的建築結構設計規範在整體結構的安全性考慮上有所缺失,也沒有考慮結構受損後的連續倒塌失效模式，沒有提供相應的結構抗連續倒塌設計方法。本項目通過靜力Pushover分析和時程分析，得到了防屈曲支撐與鋼框架結構的合理剛度和強度匹配原則，確定了防屈曲的最優布置方式和布置原則，並獲得了結構體系的塑性鉸形成機制與發展規律。並認為在地震作用下，防屈曲支撐在鋼框架結構中發揮耗能減振機理作用。研究了防屈曲支撐對實現鋼框架結構整體協同受力及整體屈服機制，通過防屈曲支撐鋼框架與純鋼框架結構的整體超強係數Rs與整體延性折減係數Rμ的對比，確定了防屈曲支撐提高鋼框架結構整體穩定性、抗震承載能力、塑性變形能力（整體延性）和抗地震倒塌能力的作用。運用Pushdown分析和IDA技術，研究了完整結構以及防屈曲支撐和柱破壞後的損傷結構在地震作用下的側向增量倒塌和豎向連續倒塌失效模式和性能點。基於冗餘性係數RR明確了結構局部損傷的發生對結構抵抗倒塌能力的影響。確定了地震反應修正係數R=RsRμRR，從而實現基於結構整體承載力的抗地震連續倒塌設計方法。採用能力譜法和動力能力譜法確定結構局部受損前後“性能點”對應的地震反應修正係數的需求值，從而基於“能力需求比”實現結構的抗倒塌性能評定與設計。研究成果為相關設計規範修訂提供了理論依據和技術支持，並可推動防屈曲支撐鋼框架結構工程實際套用。