两种双消能段延性桁框基于能量平衡原理与屈服机制的设计方法研究.docxVIP

两种双消能段延性桁框基于能量平衡原理与屈服机 制的设计方法研究 引言 在工程领域中， 框架结构是一种重要的结构形式， 有着广泛的应用。 其中，双消能段延性桁框作为一种新型的框架结构，在各种自然灾害以 及恶劣环境下具有较好的抗震性能和延性能力。因此，在建筑设计中具 有广泛的应用前景。 本文主要研究了两种基于能量平衡原理与屈服机制的双消能段延性 桁框的设计方法。首先介绍了该结构的工作原理，然后分别介绍了两种 设计方法，最后通过实例对比了两种方法的优劣。 一、双消能段延性桁框结构工作原理 双消能段延性桁框是一种新型的延性结构，主要由桁架、消能器和 上部结构组成。其工作原理是采用消能器对地震作用进行分散，将地震 能量消耗掉，从而达到抗震减震的目的。 在地震作用下，消能器部分会产生塑性变形，将地震的动能转化为 局部的塑性变形能，从而将框架结构的变形集中在梁柱交点处，使得整 个结构可以发挥出较好的延性性能。同时，消能器的作用也能减小框架 结构对上部结构的影响，达到减震的目的。 二、能量平衡原理与屈服机制的设计方法 1.能量平衡原理设计方法 能量平衡原理是双消能段延性桁框设计中的重要原理。该设计方法 主要基于能量平衡等式，确定消能器和上部结构的变形。其计算步骤如 下： ( 1)计算地震力和地震动力学反应； ( 2)计算框架变形动能和塑性变形能； ( 3)根据能量平衡原理，确定消能器和上部结构的变形。 该方法的优点是能够直接计算结构的延性比、剪重比以及最大可承 受地震力等指标，可以有效地为结构的设计和改进提供参考。 2.屈服机制设计方法 屈服机制是双消能段延性桁框设计中的另一种重要原理。该方法主 要基于结构的屈服机制，通过不断模拟和调整，达到使结构达到最佳延 性性能的目的。其设计流程如下： ( 1)采用一定的地震图进行结构的静力分析，并确定结构的初始构 型； ( 2)进行动态分析，对结构进行弹性和塑性分析； ( 3)通过分析和模拟，确定结构的屈服机制； (4) 根据结构的屈服机制， 选择合适的消能器和上部结构构造实现。 该方法的优点是能够考虑到结构材料和尺寸的影响，能够更加准确 地确定消能器和上部结构的结构参数， 有利于实现结构的最佳延性性能。 三、实例比较 为了比较两种设计方法的优缺点，以某高层建筑双消能段延性桁框 工程为例进行分析。其结构参数为：跨度 46m×50m，层数 10 层，砖混 结构，选用 Q345B 钢材作为桁架和消能器的材料。 采用能量平衡原理设计方法得到的最终结果为：采用消能器段长为 4m， 上部选用屈曲截面； 桁架弹性竖向刚度为 7038t/m； 延性比为 8.07； 最大可承受地震力为 31202t。 采用屈服机制设计方法得到的最终结果为：采用消能器段长为 5m， 上部选用剪力联结梁；桁架弹性竖向刚度为 6918t/m；延性比为 7.87 ； 最大可承受地震力为 30581t。 通过对两种设计方法的比较可以得出以下结论： ( 1)能量平衡原理设计方法在计算精度和计算速度上优于屈服机制 设计方法； ( 2)屈服机制设计方法在考虑材料和尺寸影响、并且能够更加准确 地确定结构参数方面优于能量平衡原理设计方法。 四、结论 本文研究了两种基于能量平衡原理与屈服机制的双消能段延性桁框 设计方法，并通过实例比较了两种方法的优劣。从比较结果可以得出， 这两种方法各有所长，在实际工程中应根据实际情况选用合适的方法进 行设计，以实现结构的最佳延性性能。双消能段延性桁框结构具有较好 的应用前景，在今后的研究和应用中有望成为抗震减灾领域中的重要手 段。