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[学位论文] 唐柏杰江苏科技大学 2016年硕士导师: 邵建华共213页

摘要 : 低屈服点钢材作为一种新型材料，具有优越的伸长率和低屈强比，在钢板剪力墙、阻尼器等消能减震结构中得到了越来越多的应用和发展。本文基于屈服强度为100MPa的钢材，通过两种不同的设计方法设计了6个低屈服点钢板剪力墙结构案例。采用有限元模拟和试... 展开低屈服点钢材作为一种新型材料，具有优越的伸长率和低屈强比，在钢板剪力墙、阻尼器等消能减震结构中得到了越来越多的应用和发展。本文基于屈服强度为100MPa的钢材，通过两种不同的设计方法设计了6个低屈服点钢板剪力墙结构案例。采用有限元模拟和试验相结合的方法对该结构进行了多方面的研究。主要研究工作及成果如下：（1）加工设计了3组低屈服点钢材的试样，对其主要力学性能进行了测试，得出了其本构关系并与普通钢材进行了对比。结果表明：低屈服点钢没有显著的屈服平台，其伸长率是普通钢材的2-3倍，拥有较低屈强比，并且具有后屈服阶段显著的应变硬化性能。（2）通过计算分析和有限元数值模拟设计了一榀单跨单层的低屈服点钢板剪力墙试验模型，在结构试验室进行了水平低周循环往复加载试验，分析了试验构件的抗侧刚度、延性、极限承载力，耗能以及剪力墙板的变形和应力分布等特点。结果表明：试件结构整体的滞回曲线饱满，延性和耗能能力出色；试件在屈服后位移加载到较大倍数的屈服位移时，结构仍具有很高的强度。（3）采用压剪机对一榀单层低屈服点钢板剪力墙进行竖向加载，研究低屈服点钢板剪力墙结构在竖向荷载下的墙板变形等特点，作为低屈服点钢板剪力墙结构的探索性研究试验。（4）根据ANSYS有限元软件利用全壳单元以及SAP2000非线性分层壳单元模拟了循环往复荷载作用下的低屈服点钢板剪力墙试验。通过对比试验结果，验证了有限元分析模型的正确性，为利用有限元数值分析研究低屈服点钢板剪力墙体系的抗震评估提供依据。结果表明：两种有限元方法都能较好地模拟试件的整体性能曲线。（5）根据我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010和《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ99-98中规定的各构件相关抗震要求，按照抗剪承载力设计了10层、15层、20层、25层的三跨低屈服点钢板剪力墙模型；按照低屈服点钢板剪力墙“屈曲前屈服”理论设计了10层、20层的三跨低屈服点钢板剪力墙模型，并给出了低屈服点钢板剪力墙结构体系详细的抗震设计过程。同时，对比了两种设计方法设计的结构案例的构件应力比、水平地震力和倾覆力矩分配情况。结果表明：在水平地震力分配和倾覆力矩分配方面，“屈曲前屈服”理论设计的墙板更具有优势。（6）利用增量动力分析（IDA）法对所设计的低屈服点钢板剪力墙结构体系的抗震性能进行了评估。利用SAP2000有限元分析软件建立非线性分层壳单元模型，通过多条天然地震波和多条人工地震波数据对结构模型进行了不同地震强度等级下的非线性动力时程分析，描述了结构的破坏过程，评估了结构在小震、中震和大震作用下各自的抗震性能。结果表明：设计的结构满足规范要求，且符合双重抗侧体系“二道防线”的标准。（7）根据《建筑抗震设计规范》中的建议值并结合所设计案例的IDA分析结果和单层试验现象给出了抗震性能水平量化指标：NO：1/400，IO：1/200，LF：1/100，CP：1/63。并通过各案例的IDA曲线数据对每个案例进行了易损性和抗倒塌分析，结果表明：随着地震荷载的增加，结构逐步屈服并进入塑性状态，利用其良好的延性性能开始发挥耗能作用；同一设计方法的结构案例，随层高的增加，抗倒塌储备系数不断地减小；按“屈曲前屈服”理论设计的案例的CMR要大于按抗剪承载力设计的案例。收起

关键词 : 低屈服点钢板剪力墙结构抗震设计性能评估增量动力分析法

2. 低屈服点钢板剪力墙结构基于性能的抗震设计方法研究

[学位论文] 吴群江苏科技大学 2016年硕士导师: 邵建华共179页

摘要 : 低屈服点钢板剪力墙体系具有较高的抗侧刚度、强度和延性，同时滞回曲线稳定并有很大的塑性耗能能力，能够较为有效地降低地震的灾害，起到防震减灾的作用。低屈服点钢板剪力墙基于性能的抗震设计方法的提出更能够使得建筑在未来不同强度水平地震作用... 展开低屈服点钢板剪力墙体系具有较高的抗侧刚度、强度和延性，同时滞回曲线稳定并有很大的塑性耗能能力，能够较为有效地降低地震的灾害，起到防震减灾的作用。低屈服点钢板剪力墙基于性能的抗震设计方法的提出更能够使得建筑在未来不同强度水平地震作用下，有效地控制建筑物的不同破坏状态，使建筑物实现不同的性能水平，具备预期的功能，拥有广阔的工程应用价值。本文通过研究国内外大量的相关文献，对低屈服点钢板剪力墙基于性能的抗震设计方法进行系统地研究，主要的研究工作和成果如下：（1）研究大量的国内外相关文献，提出了低屈服点钢板剪力墙结构基于位移的性能化抗震设计方法，并介绍了利用能力谱法对基于性能设计方法设计好的低屈服点钢板剪力墙结构进行性能评估的方法，以验证所设计的低屈服点钢板剪力墙结构的合理性。（2）设计了一榀两层的低屈服点钢板剪力墙缩尺模型，对其进行水平低周循环往复加载试验。通过试验着重研究低屈服点钢板剪力墙结构的抗侧刚度、延性、极限承载力、耗能，以及剪力墙板的变形和应力分布等特点，分析了结构屈服后承载力的变化，墙板第一主应力倾角以及梁、柱和墙板在试验过程中的应力变化，从而系统地了解低屈服点钢板剪力墙结构的抗震性能。（3）基于理论分析和试验的基础上，通过 ANSYS和 SAP2000两种有限元分析软件分别对试件进行数值模拟。在ANSYS中，采用APDL语言编写了结构构件全部用壳单元shell181进行有限元数值模拟以考虑局部屈曲影响的命令流程序，壳单元很好地模拟了试件在试验过程中结构构件应力的变化及低屈服点剪力墙板变形的形成过程。基于杆单元和分层壳单元利用 SAP2000有限元分析软件分析了结构整体的性能。试验数据验证了两种有限元分析方法的正确性。（4）基于试验数据，参考国内外的相关文献以及我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010附录M中对需要按地震残余变形确定使用性能的结构的层间位移参考指标示例，对低屈服点钢板剪力墙的性能指标进行了量化，并对相应层间位移角下结构的试验现象进行了描述。在达到规范规定的弹性位移角限值1/250时，墙板已接近全部屈服，而框架柱未发生屈服，整体结构基本完好；在达到规范规定的弹塑性位移角限值1/50时，墙板中心的凸起明显，两边框架柱皆进入屈服，且翼缘出现轻微的扭曲。（5）根据低屈服点钢板剪力墙结构基于位移的抗震性能化设计方法，设计出高烈度地震区10层和30层的低屈服点钢板剪力墙结构。按照所量化的四个性能指标分别进行抗震性能化设计，详细地给出了10层低屈服点钢板剪力墙结构基于性能3和性能4的设计过程，以及30层低屈服点钢板剪力墙结构考虑高阶振型影响基于性能3的设计过程。并利用能力谱法对设计好的结构进行性能评估，分析结构在不同性能下性能状态，以验证结构的合理性。在不同的性能状态下，低屈服点钢板剪力墙结构的剪力墙板随着地震水平提高不断地屈服，而外框架始终未出现塑性铰，说明了低屈服点剪力墙板在不同的性能状态下皆发挥了重要的作用，证实了低屈服点钢板剪力墙结构的抗震性能很好，结构体系的优势很明显，适合广泛推广使用。收起

关键词 : 低屈服点钢板剪力墙结构性能设计指标量化结构试验

3. 附加防屈曲支撑结构的抗震机理及振动台试验研究

[学位论文] 赵超江苏科技大学 2020年硕士导师: 邵建华共169页

摘要 : 防屈曲支撑是一种优良的被动金属耗能器，在结构中不仅可以充当普通支撑提高结构刚度，还可以在地震作用下依靠自身特性解决普通支撑易屈曲的现象，其原理为当防屈曲支撑受拉或者受压时，通过内核变形耗散大量地震能量。当防屈曲支撑架设在框架结构中... 展开防屈曲支撑是一种优良的被动金属耗能器，在结构中不仅可以充当普通支撑提高结构刚度，还可以在地震作用下依靠自身特性解决普通支撑易屈曲的现象，其原理为当防屈曲支撑受拉或者受压时，通过内核变形耗散大量地震能量。当防屈曲支撑架设在框架结构中时，在受到地震作用下，防屈曲支撑可以率先进行耗能，充当保险丝的作用，从而使防屈曲支撑结构成为一种高效的抗震结构体系。并且防屈曲支撑具有安装简单、制作成本较低、布置灵活等特点，可以在工程中广泛应用。本文通过大量阅读国内外相关文献，并结合试验研究、理论设计、数值模拟等方面对防屈曲支撑以及防屈曲支撑框架结构进行了系统的研究，并提出相关的设计建议。本文的主要研究内容如下： (1)深入研究内芯为低屈服点钢的防屈曲支撑抗震性能，设计并制作了一种内核为低屈服点钢的防屈曲支撑，对未加支撑框架结构与防屈曲支撑结构进行了振动台对比试验。利用3条地震波对两种结构进行振动台加载试验，研究了两种结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性、加速度响应、层间位移角、应变、层间剪力响应等力学性能，并对防屈曲支撑的抗震性能做出分析与评价。 (2)使用有限元软件SAP2000对钢框架-防屈曲支撑结构和纯框架结构试验进行地震作用下数值模拟，研究两种结构在不同地震波作用下的模态、层间位移、加速度反应以及层间剪力，并通过与试验进行对比验证，分析并进一步完善防屈曲支撑的抗震性能。 (3)针对一字型防屈曲支撑进行理论设计方法研究，结合国内外的有关规范，从一字型防屈曲支撑内核承载力设计、约束单元稳定性设计、内核单元稳定性设计、连接段稳定性设计和防屈曲支撑间隙取值等方面进行分析与讨论。通过理论设计方法，设计了一种防屈曲支撑实例，并加以验证。 (4)以ABAQUS有限元软件为平台，通过ABAQUS/CAE模块进行建模，对一字型防屈曲支撑的力学性能进行分析，在基于理论设计基础上，对一字型防屈曲支撑进行参数化设计分析。通过研究一字型防屈曲支撑几何初始缺陷、摩擦系数、内核宽厚比、间隙、约束比等因素对一字型防屈曲支撑耗能情况的影响，对一字型防屈曲支撑的理论方法进行进一步的完善与改进。 (5)设计一字型防屈曲支撑钢框架、普通支撑钢框架以及纯框架三种结构，借助有限元软件SAP2000对三种结构的抗震性能进行分析，引入Pushover分析理论，对三种结构进行了倒三角荷载和均布荷载作用下的静力弹塑性分析，详细对比了三种结构的塑性铰分布、层间剪力、基底剪力、层间位移角、顶点位移以及破坏形式，对一字型防屈曲支撑钢框架结构做出整体抗震性能评估。收起

关键词 : 防屈曲支撑结构振动台试验参数化分析抗震性能

4. 低屈服点耗能梁段偏心支撑抗震性能的研究

[学位论文] 刘攀江苏科技大学 2017年硕士导师: 邵建华共165页

摘要 : 低屈服点钢的力学特点是屈服强度低且相对稳定，屈强比较小，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大。其塑性变形能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量的能量。在地震载荷作用下，低屈服点钢制作的耗能构... 展开低屈服点钢的力学特点是屈服强度低且相对稳定，屈强比较小，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大。其塑性变形能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量的能量。在地震载荷作用下，低屈服点钢制作的耗能构件能够首先发生屈服进入塑性阶段，利用良好的滞回性能吸收地震能量，避免结构主体和主要受力构件出现严重破坏，从而保护整个建筑的安全。偏心支撑钢框架结构兼有中心支撑结构和纯框架结构的优点，小震作用下能提供足够的弹性刚度满足层间侧移限值要求，大震作用下能提供足够的延性保证结构不倒塌。偏心支撑钢框架主要通过耗能梁的剪切屈服或弯曲屈服耗散大量的地震能量。在罕遇地震作用下，结构的屈服仅发生于耗能梁。由于低屈服点钢材的特性能够很好地满足偏心支撑耗能梁的这些受力要求，所以将低屈服点钢材制作的耗能梁段应用在偏心支撑钢框架中具有一定可行性和研究性。这样的低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架抗震性能优良，在建筑工程中具有广阔的工程应用价值。本文对低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架抗震性能进行了比较系统地研究，主要的研究工作和成果如下： (1)利用结构力学知识，给出了K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架在侧向力作用下的支撑轴力和耗能连梁剪力表达式。偏心支撑结构的侧向位移可拆分为四部分：支撑轴向变形引起的侧移、横梁轴向变形引起的侧移、耗能连梁剪切变形引起的侧移、耗能连梁弯曲变形引起的侧移。利用小变形假定和胡克定律，推导出了K型偏心支撑钢框架的弹性抗侧刚度。通过偏心支撑的内力分析，给出了支撑轴力的近似计算公式。 (2)依据K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架的整体理想失效模式，以及罕遇地震作用下的层剪力分布状态和基底剪力，对K型偏心支撑钢框架基于屈服机理和能量法的设计方法进行了研究。依据该设计方法，给出K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架结构中构件的设计与计算过程。 (3)运用有限元软件ANSYS建立K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架有限元模型，进行单调加载和循环往复加载分析。分析得出低屈服点耗能梁段的长度、低屈服点耗能梁段腹板厚度、低屈服点耗能梁段翼缘厚度、低屈服点耗能梁段加劲肋厚度及低屈服点耗能梁段加劲肋间隔这5类参数对低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响。结合分析结果，提出一些有关K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架在工程设计中的建议。 (4)结合国内外相关研究和文献，对耗能梁的剪切塑性铰进行了一些研究。针对有限元软件SAP2000中默认的剪切塑性铰，给出力-位移关系的修正参数。结合国内外相关规范，分析了梁、柱和支撑等非屈服构件的塑性铰设置与计算。 (5)基于相同的设计概况和地震力，设计了3种不同钢框架结构形式，分别为：纯框架(SF)、普通K型偏心支撑钢框架(KEBF)和K型低屈服点耗能梁段偏心支撑钢框架(LKEBF)。将这3种钢框架结构分别在均布和倒三角荷载下进行Pushover推覆分析，来对比研究分析他们各自的抗震性能。分析结果显示，在罕遇地震作用下，LKEBF结构能够实现仅低屈服点耗能梁段进入塑性状态，其他构件保持弹性，且低屈服点耗能梁段能够充分发挥耗能作用。在罕遇地震作用下，LKEBF结构的层间位移角比SF和KEBF结构的均要小，其抗震性能更优。收起

关键词 : 偏心支撑钢框架低屈服点钢塑性变形抗震性能

5. 泡沫金属填充钢管构件耐火性能研究

[学位论文] 许淘江苏科技大学 2019年硕士导师: 邵建华共139页

摘要 : 火灾是当今社会各种灾害中发生最为频繁且危害最为严重的灾害之一。为了避免建筑结构在火灾中倒塌而引起人员疏散困难和人员伤亡，对其进行耐火研究具有重要的意义。泡沫金属材料是近年来发展的一种由金属基体和气孔组成的新型多功能复合材料，它具有... 展开火灾是当今社会各种灾害中发生最为频繁且危害最为严重的灾害之一。为了避免建筑结构在火灾中倒塌而引起人员疏散困难和人员伤亡，对其进行耐火研究具有重要的意义。泡沫金属材料是近年来发展的一种由金属基体和气孔组成的新型多功能复合材料，它具有高比强、导热性好、耐高温、消声减震等多种功能特性。随着泡沫金属组合结构研究的不断深入，泡沫金属在建筑结构中得到越来越广泛的应用。近年来，学者们对常温下泡沫金属以及泡沫金属填充钢管组合构件的力学性能进行了一定的探索，但缺乏高温下相关的力学性能研究。本文在组合结构耐火性能以及泡沫金属填充钢管构件常温受力性能研究的基础上，选择目前技术成熟的熔体发泡法制备的泡沫金属铝，来研究泡沫铝填充钢管构件高温后的力学性能，主要工作和取得成果如下：（1）设计并进行了不同孔隙率泡沫铝材料在不同温度下的轴向压缩材性试验，得出了泡沫铝材料在不同温度下的本构关系，探究孔隙率、温度等相关参数对泡沫铝力学性能的影响，为本文的理论分析和数值模型奠定基础。（2）对12组不同温度下泡沫铝填充镀锌钢管试件进行了轴向压缩试验研究，得到不同温度下组合试件在轴压下的破坏模式为渐进式的褶皱变形，并获得轴压下的轴力-位移曲线，为泡沫铝填充钢管构件高温下的有限元分析提供试验数据，以验证高温下计算模型的正确性。（3）在已有研究成果的基础上，选取合理有效的材料热工参数，基于ABAQUS有限元分析软件建立了组合构件温度场分析模型。将模拟结果与已有相关试验进行比较，修正泡沫铝填充钢管构件模拟的材料参数和模型参数，分析了受火方式、截面尺寸、钢管厚度、防火层厚度等相关参数下组合构件温度场分布，为泡沫铝填充钢管构件高温力学性能有限元模拟提供依据。研究发现，构件截面的温度场分布与受火面的位置有关，距受火面越远，温度越低。在几种受火方式下，四面受火时，构件截面温度最高。在受火方式一定时，钢管厚度、防火涂层厚度的增加都会使组合构件截面的温度有一定的降低。构件截面尺寸的改变基本不影响钢管截面温度场的分布，但对泡沫铝截面温度有一定影响，在其它条件一定的情况下，截面尺寸越大，泡沫铝截面的温度越低。（4）在泡沫铝填充钢管构件温度场模拟的基础上，探讨了钢管和泡沫金属热力学性能的合理取值，建立了泡沫金属填充钢管构件高温下的有限元模型。采用考虑钢材和泡沫铝热-力耦合本构关系的非线性有限元方法，计算了泡沫金属填充钢管构件轴向压缩作用下的耐火强度和轴向变形，并与耐火性能试验的测试结果进行对比。通过对温度、受火方式、泡沫铝密度、钢管厚度、构件长度和截面边长等相关参数的深入分析，探讨了相关参数对泡沫金属填充钢管构件耐火强度和破坏模式的影响。研究发现，不同参数下组合构件高温轴向压缩过程都为稳态压缩过程，破坏模式以渐进式褶皱变形为主。泡沫铝密度的变化、构件长度的变化对压缩初始峰值荷载基本不产生影响。但随着钢管厚度的增加、构件截面尺寸的增大，初始峰值荷载都有一定的增加，其中钢管厚度变化的影响最为显著。对于稳态压缩的渐进压碎阶段，构件长度的变化对屈服平台荷载基本不产生影响，但随着泡沫铝密度的增加、钢管厚度的增加以及截面尺寸的增加，平台屈服荷载都有一定程度的增加。随着受火温度的升高，组合构件轴向压缩下的各峰值荷载以及构件最大应力都有一定程度的减小。收起

关键词 : 组合结构泡沫金属钢管构件耐火性能

6. 框架—泡沫铝填充钢板剪力墙结构的抗震机理研究

[学位论文] 桑嘉豪江苏科技大学 2022年硕士导师: 邵建华共137页

摘要 : 泡沫铝是一种新型的多功能材料，其比刚度高、重量轻，且可减震吸能、耐冲击、隔热和吸声隔音，在建筑节能环保、装饰材料、航空航天、汽车制造等领域中的应用正在不断扩大和拓展。因此，泡沫铝在民用建筑及海陆空武器装备等领域具有广阔的应用前景。... 展开泡沫铝是一种新型的多功能材料，其比刚度高、重量轻，且可减震吸能、耐冲击、隔热和吸声隔音，在建筑节能环保、装饰材料、航空航天、汽车制造等领域中的应用正在不断扩大和拓展。因此，泡沫铝在民用建筑及海陆空武器装备等领域具有广阔的应用前景。本文基于孔隙率为90%的泡沫铝作为双钢板组合剪力墙的内填材料，提出了框架—泡沫铝填充钢板剪力墙结构，并采用有限元模拟和理论分析相结合的方法对该结构进行了多方面的研究，主要研究工作及成果如下： (1)首先建立普通钢板剪力墙模型，与已有的试验进行对比分析。其次建立泡沫铝夹芯板三点弯曲模型，并与文献中的试验进行对比分析，分别确定所建模型的正确性。最后建立泡沫铝填充双钢板组合剪力墙模型，并与普通钢板剪力墙模型进行对比分析，从承载力、滞回曲线、刚度变化、剪力分配等情况进行综合对比，较为全面地分析新型填充剪力墙的抗震性能优点。分析表明：泡沫铝填充的新型组合剪力墙滞回曲线较为饱满，且初始刚度和极限承载力较高，内填的泡沫铝可以为两侧钢板提供一定的平面外约束，使墙板鼓曲现象得到改善；新型剪力墙有着更为突出的耗能量与能量耗散系数；墙体可以抵抗更多的剪力，使框架分担小部分剪力，更能发挥剪力墙抗剪作用。 (2)通过ABAQUS有限元分析软件进行模拟，首先设计了基础型参数模型，并给出了相关结构参数及材料参数，根据基础型剪力墙结构依次更改其高厚比、钢板厚度、泡沫铝孔隙率、跨高比和柱抗侧刚度，从滞回性能、承载力、耗能能力三方面研究了以上各种参数对于泡沫铝填充双钢板组合墙抗震性能的影响。分析表明：增大内嵌钢板厚度、结构跨高比及柱抗侧刚度可以有效提升组合墙的抗剪承载力；增大高厚比可使结构滞回曲线更饱满。 (3)在纯钢板剪力墙条带模型的基础上，提出一种适用于泡沫铝填充双钢板组合墙的等效拉压杆模型，并通过参数分析的各参数模型在单调加载下的计算结果对公式进行拟合和验证，为泡沫铝填充钢板组合墙结构的设计提供了可靠便捷的计算公式。 (4)依据国内相关设计规范设计了一幢6层的普通钢板墙结构，并通过该设计得出的地震力分别设计了框架—薄钢板剪力墙及框架—泡沫铝填充钢板剪力墙结构。通过有限元软件ABAQUS模拟三种剪力墙在水平低周循环往复加载作用下的抗震性能，分别对其滞回性能、极限承载力、抗侧刚度、耗能以及剪力墙的变形和应力分布进行了对比分析。收起

关键词 : 泡沫铝组合钢板剪力墙参数化分析抗震设计孔隙率

7. 附加低屈服点钢金属阻尼器结构的抗震机理与振动台试验研究

[学位论文] 王凯江苏科技大学 2020年硕士导师: 邵建华共136页

摘要 : 地震是人类无法避免的自然灾害，能够在短时间内损坏结构的内部构件，使建筑结构被摧毁，给人类社会带来了经济损失和生命安全等问题。金属阻尼器作为现有的耗能技术之一，能够通过金属的弹塑性滞回变形消耗大量的地震能量。低屈服点钢的力学性... 展开地震是人类无法避免的自然灾害，能够在短时间内损坏结构的内部构件，使建筑结构被摧毁，给人类社会带来了经济损失和生命安全等问题。金属阻尼器作为现有的耗能技术之一，能够通过金属的弹塑性滞回变形消耗大量的地震能量。低屈服点钢的力学性能相对稳定，且屈服强度低于普通钢，在相同大小的荷载作用下比普通钢更早地进入塑性状态，具有较强的塑性变形能力，且在变形过程中吸收大量的能量，从而保证主体结构的安全与稳定。本文对附加弯曲型低屈服点钢阻尼器钢框架进行了比较系统地研究，主要的研究内容如下： (1)首先对低屈服点钢(LYP100)进行材性试验，得到LYP100钢材的应力-应变本构关系，为后文的数值模拟提供理论依据。根据相似比关系设计出两个单跨两层的钢框架，在其中一个结构中布置弯曲型低屈服点钢阻尼器后进行振动台对比试验。通过两个结构在不同地震工况下的动力响应验证了弯曲型低屈服点钢阻尼器优良的抗震性能，能够在地震荷载作用下通过自身的塑性变形进行耗能，有效地保护了主体结构。 (2)在材性试验和振动台试验的基础上，使用有限元分析软件SAP2000对两个结构进行模拟，使用壳单元并结合材性试验所得的本构关系建立阻尼器数值模型，选用与试验相同的地震波对模型进行时程分析，有限元模型分析结果与试验结果基本相同。 (3)在已有研究的基础上，运用力学知识提出了弯曲型低屈服点钢阻尼器的设计公式，并根据基于性能的设计标准设计出了四种不同尺寸的弯曲型低屈服点钢阻尼器，用以满足在不同条件下建筑结构对阻尼器抗震性能的需求。利用有限元软件ABAQUS对阻尼器的单肢耗能元件进行模拟，结果表明：基于性能的设计标准所设计出的阻尼器能够达到相应的目标要求，耗能性能良好，滞回曲线饱满，没有出现捏缩现象。 (4)对基于性能化设计出的阻尼器进行进一步分析，使用工程软件PKPM与有限元软件SAP2000建立出完整的10层钢结构模型，确定结构构件的截面尺寸与设计荷载，并取其中一榀布置基于性能化设计的阻尼器，得到四种不同的附加低屈服点钢阻尼器钢框架结构。对这四个模型进行均布荷载与倒三角荷载作用下的静力非线性Pushover分析，结果表明：基于性能1设计的阻尼器在三种地震工况下仍处于弹性阶段，阻尼器能够实现重复使用的功能；基于性能2设计的阻尼器在大震工况下处于弹塑性临界状态，震后阻尼器会产生轻微变形，但是不影响继续使用；基于性能5设计的阻尼器在大震作用下已经进入弹塑性阶段，阻尼器耗能能力增强，在条件允许的情况下，震后建议更换阻尼器；基于性能7设计的阻尼器在大震工况下完全进入塑性状态，阻尼器的耗能能力达到最强，材料的利用率也达到了最高，但是震后需立即更换阻尼器。收起

关键词 : 金属阻尼器结构低屈服点钢有限元分析抗震机理振动台试验

8. 低屈服点圆钢管中心支撑钢框架结构抗震性能研究

[学位论文] 叶小峰江苏科技大学 2017年硕士导师: 邵建华共135页

摘要 : 低屈服点中心支撑钢框架结构具有较高的抗侧刚度、强度和延性，同时滞回曲线饱满并有很大的塑性耗能能力，能够较为有效地降低地震灾害，起到防震减灾的作用。低屈服点中心支撑钢框架结构能够使结构在小震下处于弹性状态，在中、大震下低屈服点支撑能... 展开低屈服点中心支撑钢框架结构具有较高的抗侧刚度、强度和延性，同时滞回曲线饱满并有很大的塑性耗能能力，能够较为有效地降低地震灾害，起到防震减灾的作用。低屈服点中心支撑钢框架结构能够使结构在小震下处于弹性状态，在中、大震下低屈服点支撑能够很好耗能，从而有效地保护梁、柱主要构件不轻易破坏，具备预期的功能，拥有广阔的工程应用价值。本文通过查阅国内外大量的相关文献，对低屈服点中心支撑钢框架结构进行了系统研究，主要的研究工作和成果如下：（1）通过材料拉伸试验得出低屈服点钢（LYP100）的材料本构关系和相关的力学性能，然后通过理论计算来设计出不同径厚比和长细比的圆钢管支撑模型，利用ANSYS施加轴向循环往复荷载，研究了低屈服点圆钢管支撑的滞回曲线、最大抗压承载力特性，同时较系统地分析并归纳了不同长细比和径厚比圆钢管支撑的耗能性能和屈曲情况，为低屈服点钢支撑的设计提供了必要的理论依据。另外再模拟一榀两层的中心支撑钢框架结构，通过保证梁柱截面尺寸不变，改变不同中心支撑的截面参数，来比较不同参数下支撑对结构承载能力以及延性的影响，得出比较适合设计采用的低屈服点圆钢管支撑长细比和径厚比的范围。研究发现支撑的长细比过大和过小均不好，支撑长细比过大虽然支撑的延性和滞回性能较好，但在支撑长度一定的情况下，支撑的承载力比较低；而支撑长细比过小，支撑的刚度太大，对梁、柱的影响较大。因此，经过研究分析，建议支撑的长细比取为80-120。同时，圆钢管支撑的径厚比不能太大，否则支撑会发生局部屈曲，但随着长细比的增大可以放宽对径厚比的限制。在长细比为50时，径厚比最好不要超过15；在长细比为80时，径厚比不要超过20；在长细比为100，径厚比不要超过25；一般情况下，没有特殊需求，对于低屈服点（LYP100）圆钢管支撑的径厚比值建议不要超过30，否则很容易发生局部屈曲。（2）采用基于性能的塑性设计对低屈服点中心支撑钢框架结构进行了抗震设计。利用预选的目标侧移和屈服机制作为性能极限状态，根据能量相等原则，即当结构单调达到目标侧移所需作的功等于等效弹塑性单自由度体系(EP-SDOF)达到相同状态所需要的能量，来计算给定的地震水准下的设计基底剪力。通过合理的层间剪力分布公式，计算出每一层的层间剪力。为了保守起见，假设楼层的层间剪力全部由低屈服点中心支撑承担，并根据查阅的相关文献，受压支撑屈曲后的承载力取屈曲承载力的0.3倍。支撑处的横梁由于受到人字形支撑集中力的作用，需要通过计算来进行截面加强，框架柱暂时先用规范的方法进行设计，然后通过SAP2000进行验算。（3）根据得出的低屈服点钢支撑最优长细比和径厚比范围，来设计低屈服点中心支撑的截面尺寸，设计时采用人字形低屈服点圆钢管中心支撑结构，运用SAP2000有限元软件，设计出10层三跨的钢框架-低屈服点中心支撑结构体系模型，再通过Pushover分析法和动力时程分析方法对该设计的低屈服点中心支撑钢框架抗震性能进行评估，并把采用低屈服点中心支撑（LYP100）的结构与普通中心支撑（Q345）结构在不同等级地震荷载作用下结构构件的受力特点（如：中心支撑的屈服、屈曲；框架梁和柱的屈服）、层间剪力、整体结构的基底剪力、顶点位移和出现塑性铰的先后顺序进行对比，以此评判各自结构的抗震性能优劣。在Pushover分析下，低屈服点中心支撑结构的横梁出现的塑性铰要稍晚于普通中心支撑结构，这说明了低屈服点中心支撑参与了更多的耗能，导致横梁参与的耗能较少，也就说明了低屈服点结构在大震作用下梁柱结构更加不容易破坏。在多遇地震作用下，两种结构仍然处于弹性状态，中心支撑都没有进入屈服阶段，结构都没有耗能，相差基本不大。但在罕遇地震作用下，低屈服点中心支撑结构的顶点位移的峰值和结构的基底剪力基本上都要小于普通中心支撑结构，再次说明低屈服点中心支撑的良好抗震性能。（4）为了能够更加直观地比较普通中心支撑结构（BBF）和低屈服点中心支撑结构（LBBF）的耗能性能，通过ANSYS对所设计的两个十层三跨中心支撑钢框架结构进行了滞回耗能模拟，约束住梁处的平面外位移，在结构的顶点施加循环往复荷载。通过对比分析结果可知，低屈服点中心支撑结构的滞回曲线的每一环面积基本上都要大于普通中心支撑结构，说明低屈服点中心支撑结构具有更好的耗能性能，且低屈服点中心支撑的能量耗散系数也要比普通中心支撑结构的大，说明了低屈服点中心支撑结构的滞回曲线更加饱满。收起

关键词 : 低屈服点圆形钢管钢框架结构抗震性能抗侧刚度中心支撑

9. 基于性能的低屈服点耗能梁段偏心支撑抗震设计方法研究

[学位论文] 于彬江苏科技大学 2018年硕士导师: 邵建华共131页

摘要 : 低屈服点钢的力学特点是屈服强度低且相对稳定，屈强比较小，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大。其塑性变形能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量的能量。偏心支撑在小震作用下能提供足够的弹性刚度... 展开低屈服点钢的力学特点是屈服强度低且相对稳定，屈强比较小，具有良好的抗低周疲劳性能，伸长率大。其塑性变形能力较强，在进入塑性状态后具有良好的滞回特性，并在弹塑性滞回变形过程中能吸收大量的能量。偏心支撑在小震作用下能提供足够的弹性刚度满足层间侧移限值要求；大震作用下通过耗能梁的剪切屈服或弯曲屈服耗散大量的地震能量，提供足够的延性保证结构不倒塌，从而有效的保护框架主体结构的安全。本文通过查阅相关文献，对低屈服点耗能梁段偏心支撑进行了研究，主要研究成果如下：（1）通过材料拉伸试验得到低屈服点钢材的本构关系和相应的力学性能。通过查阅相关文献及课题组对低屈服点耗能梁段偏心支撑的抗震性能研究，并结合我国的《建筑抗震设计规范》附录M中结构构件实现抗震性能要求的层间位移参考示例，在大量模型试算的基础上，对低屈服点耗能梁段偏心支撑的各性能指标进行了具体的量化。（2）给出了低屈服点耗能梁段偏心支撑考虑高阶振型的基于位移的抗震性能设计方法。首先通过SAP2000软件对结构进行自由振动分析，得到前三阶振型的弹性自振周期及相应的振型值；然后根据各振型的自振周期，由规范标准加速度反应谱导出单自由度体系的等效位移，接着由等效原理反推出结构各振型的弹性位移，振型组合后得到结构的位移曲线；再由与性能水平相应的结构层间侧移角限值确定结构各振型目标侧移，对其分别进行分析计算，振型组合求得结构层间剪力。最终实现低屈服点耗能梁段偏心支撑考虑高阶振型影响的基于位移的抗震设计。（3）结合国内外相关研究和文献，对耗能梁的剪切塑性铰进行了一些研究。针对有限元软件SAP2000中默认的剪切塑性铰，给出力-位移关系的修正参数；在课题组对低屈服点耗能梁的参数分析的基础上对低屈服点耗能梁进行设计。（4）基于低屈服点耗能梁段偏心支撑考虑高阶振型的基于位移的抗震设计方法，详细地给出了15层低屈服点耗能梁段偏心支撑四种不同性能水平的设计过程，并用能力谱法和非线性动力时程分析对结构进行了性能评估。在性能1下，对结构安全性要求最高，在三种地震水平下均处于弹性阶段；在性能2下，结构在小震、中震下处于弹性阶段，大震下低屈服点耗能梁屈服耗能；在性能3、性能4下，结构在小震下处于弹性阶段；在中震、大震下，低屈服点耗能梁段随着地震水平的提高而不断地屈服耗能，框架始终处于弹性阶段，这说明低屈服点耗能梁在地震作用下发挥了良好的耗能作用，证明了低屈服点耗能梁段偏心支撑结构良好的抗震性能。收起

关键词 : 低屈服点耗能梁偏心支撑抗震性能性能设计高阶振型

10. 低屈服点中心支撑钢框架结构基于性能的抗震设计方法研究

[学位论文] 郭军忠江苏科技大学 2018年硕士导师: 邵建华共129页

摘要 : 中心支撑-钢框架结构体系是一种有效的侧向支撑体系，该体系的设计理念是将支撑做强，以使结构能承担更大的地震力，以支撑“硬扛”地震，在这种传统的强支撑结构体系中，支撑受到反复拉压作用后容易发生屈曲，屈曲后将地震力转移给框架，导致框架发生... 展开中心支撑-钢框架结构体系是一种有效的侧向支撑体系，该体系的设计理念是将支撑做强，以使结构能承担更大的地震力，以支撑“硬扛”地震，在这种传统的强支撑结构体系中，支撑受到反复拉压作用后容易发生屈曲，屈曲后将地震力转移给框架，导致框架发生较大程度的破坏。因此，一种屈服强度低(一般100MPa左右)且相对稳定、屈强比较小、抗低周疲劳性能好、伸长率大以及塑性变形能力较强的极低屈服点钢支撑应运而生。它将框架支撑结构体系中的支撑做弱，变“强支撑”抗震机制为“弱支撑”耗能减震机制，具有广阔的工程应用价值。随着抗震设计理论的发展及建筑物可靠度要求的愈发严格，针对低屈服点中心支撑钢框架结构，基于性能的抗震设计方法的研究是推广和使用这种有效抗侧力体系的关键。本文针对低屈服点中心支撑结构体系，从性能目标的制定、量化分析以及如何实现展开研究，较系统地完善了低屈服点中心支撑钢框架结构基于性能的抗震设计方法。主要研究内容如下： (1)针对低屈服点中心支撑钢框架结构的受力及变形特点，参考国内外性能水准的划分标准以及研究成果，并按照我国建筑抗震设计规范有关性能化设计的要求，建立低屈服点中心支撑钢框架结构的性能水准和设计准则。 (2)结合国内外试验、有限元数据以及我国建筑抗震设计规范的要求，提出低屈服点中心支撑结构性能水平及其参考指标，并对所提指标进行具体量化分析，最终得出结构的具体量化指标。 (3)为实现本文所量化的各项指标，利用基于位移的抗震设计原理，通过等效单自由度体系、位移反应谱以及目标位移等方面详细地给出了抗震设计方法，从基本假定、加载模式、性能点、塑性铰以及实施步骤具体给出其抗震设计评估原理。 (4)对低屈服点(LYP100)钢材进行3组单向拉伸材性试验，得出材料的本构关系以及主要的力学性能，为本文的理论分析和数据模型奠定基础。 (5)根据前面所提的位移指标和基于位移的抗震设计原理，详细地给出了10层低屈服点中心支撑钢框架结构在4种不同性能水平下的设计过程，得出该结构体系的需求曲线和推覆曲线，并用能力谱法对结构进行性能评估。在性能目标1下，结构性能水平要求最高，在三种不同地震等级下结构均处于弹性状态；在性能目标2下，性能水平要求略低于性能1，支撑只在大震下发生屈服耗能；在性能目标3下，支撑在中、大震下开始屈服，参与结构耗能，外框架保持完好；在性能目标4下，结构性能水平要求最低，在中震作用下，只有支撑参与耗能，而在大震作用下，个别框架梁也随着地震水平的提高而开始屈服，总体结构满足性能设计要求，发挥了低屈服点中心支撑钢框架结构屈服耗能的特性，具备良好的抗震性能。收起

关键词 : 低屈服点钢中心支撑抗震性能指标量化性能评估