配置铅复合分级耗能防屈曲支撑的立体停车结构抗震性能研究

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随着社会经济的发展,停车设施和停车需求之间存在极大的矛盾,“停车难”已经成为影响城市化发展和人民生活幸福感的重大难题。高层立体停车结构具有车辆出入方便、建筑面积小、空间利用率高等特点,成为缓解“停车难”问题的首选。相较于一般钢框架结构,高层立体车库结构是典型的高柔性结构,一般采用筒式钢框架结构,结构高,高宽比大。为便于车辆存取,立体车库结构内未设置刚性楼板,随着层数的增加,水平荷载作用显著,结构侧移显著增加,同时由于没有楼板结构的支撑,使得梁、柱构件在平面内约束不足,在地震作用下易产生较大的变形。传统防屈曲支撑(BRB)在多遇地震作用下通常处于弹性状态,不能耗散能量。为解决这一问题,将一字型屈曲约束支撑核心板开孔与铅芯组合,提出了一种钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑(SLBRB)。首先介绍了SLBRB的构造与工作原理;其次采用ABAQUS有限元软件对SLBRB建模进行有限元分析;最后研究了铅芯面积、铅芯布置形式和铅芯直径与核心板开孔宽度的比值(径宽比)三个关键参数对SLBRB力学性能的影响,并给出了SLBRB各关键参数的建议值。结果表明:SLBRB的构造设计合理,铅芯与核心板能够协同工作;滞回曲线饱满,分级耗能能力稳定良好;建议铅芯面积取值应保证Fd/Fc小于0.229;宜采用单根铅芯布置形式;径宽比取值应小于等于1。随后对采用ANSYS有限元软件建立的高层立体停车结构的原结构和耗能结构进行地震时程分析。根据建筑抗震设计规范GB5011-2010,选取了El-Centro地震波和Taft地震波两条天然地震波,而后根据规范中的标准反应谱计算生成了人工地震波,并对选取的三条地震波进行调幅,进而对高层立体停车结构的原结构和耗能结构进行了多遇及罕遇地震时程分析。而后,在建立的14层钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑立体停车结构有限元模型和选取的El-Centro波、Taft波、人工波3条罕遇地震波的基础上,分析了不同的钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑布置方案对结构地震响应的控制效果,以结构的X、Y向的顶点位移响应峰值、X、Y向的各层位移响应峰值、停车区间剪切角响应峰值以及底部剪力响应峰值为分析指标,分析得出了一种对结构动力响应控制率较高的布置方案;在此基础上对不同层数的钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑立体停车结构进行了地震时程分析,以验证本文提出的较优布置方案的通用性。最后,从能量的角度对钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑立体停车结构进行了能量响应分析,定量分析了钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑对高层立体停车结构的耗能减震效果。本文的相关研究成果为提出了一种新型钢铅复合分级耗能屈曲约束支撑,并为屈曲约束支撑应用于高层立体停车结构提供了设计依据。
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