铝合金屈曲约束支撑—内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构抗震性能

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地震是影响我国较为严重的自然灾害,它的发生会导致各种建筑物产生不同程度损伤甚至倒塌,严重影响人们的生命财产安全。为了满足建筑结构在地震作用下的安全需求,本课题组提出一种铝合金屈曲约束支撑-内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构体系(以下简称“ALB-CFST-CFRP”),该种结构体系由铝合金屈曲约束支撑、钢梁和内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱组成,具有承载力高、延性好、支撑装配方便等优点。本文对其抗震性能进行以下研究并得到相应结论:利用ETABS软件对10层、20层、30层铝合金屈曲约束支撑-内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构体系进行建模,对楼层高度、支撑布置形式、抗侧刚度比等影响因素进行了振型分解反应谱法分析和动力时程分析。结果表明:铝合金屈曲约束支撑-内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构抗侧刚度比的合理取值为0.5~1.5;在罕遇地震作用下,楼层高度的增加可以更加充分发挥支撑的作用;在地震作用下,采用人字形支撑布置形式的各项性能指标优于单斜形布置。通过对10层普通方钢管混凝土框架结构体系、内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构体系、铝合金屈曲约束支撑-普通方钢管混凝土结构体系、铝合金屈曲约束支撑-内置CFRP圆管的方钢管混凝土结构体系进行对比分析,通过对其进行模态分析、小震作用下反应谱法分析、静力弹塑性分析、罕遇地震作用下动力时程分析,得到了结构的各项性能指标。结果表明:铝合金屈曲约束支撑可以有效减弱结构的扭转效应;在不同地震作用下,ALB-CFST-CFRP结构体系的层间位移角、楼层位移、楼层剪力等指标与普通钢管混凝土结构体系相比均有大幅度下降,说明新型结构体系具有较好的抗震性能。采用增量动力分析(IDA)方法,对上述四种不同的结构体系的地震倒塌易损性进行分析。得到4种结构体系在10条地震作用下的IDA曲线。结果表明:在地震动作用下,四种结构体系的倒塌概率均低于10%,模型2、3、4的抗倒塌安全储备系数相比模型1提高了4.32%、11.73%、20.37%。因此,模型2、3、4的结构体系在地震作用下更加安全,同时含有屈曲约束支撑和内置CFRP圆管的钢管混凝土柱结构体系在罕遇地震作用下更不易倒塌。
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