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大跨度空间杆系结构,因其有效空间大、造型美观、受力合理、用钢量省制作安装比较方便等特点,已经广泛地应用于展厅、体育馆、大型机库和城市标志性建筑等人员活动密集或生产繁忙的重要建筑结构之中。国内外各类大跨度空间结构的广泛应用和迅速发展,表明了该结构是一类很有活力、久盛不衰、适应性强、属方兴未艾的建筑结构体系。然而,目前人们对大跨度空间杆系结构的耗能减震单元的研究仍较少。为此,利用软钢和低屈服点钢的滞回耗能性能,本文提出了一种承载耗能复合单元即文中所述的复合单元,旨在寻找一种既不影响原构件的承载性能又能在地震中起到耗能减震作用的构件。
金属的塑性变形是消耗地震输入能量最有效的机制之一,制作金属耗能器的金属材料有钢材(软钢和低屈服点钢)、铅和形状记忆合金等。而软钢和低屈服点钢有密度大、塑性好、线膨胀系数大和屈服强度低等特点。软钢、低屈服点钢在弹塑性变形过程中可吸收大量的能量,有较高的柔性和延展性,有较好的变形跟踪能力,环境和温度对其性能没有明显的影响,并且钢材具有造价低廉等特点。因此,软钢和低屈服点钢适合制造各种类型的钢耗能器。目前,国内外对软钢和低屈服点钢材耗能性能的研究也已经较为成熟,各式各样的软钢和低屈服点钢材耗能减震器被应用于各种结构中,尤其是在框架结构中的应用较为广泛,技术也相对成熟,在大跨度空间结构中的研究应用较少,兰州理工大学王秀丽教授对安装有防屈曲软钢阻尼器的单层K6 网壳的研究很具有代表性。
本文在已有的国内外对软钢和低屈服点钢耗能减震构件性能研究的基础上,借鉴其在框架结构中的研究应用成果,对其在大跨度空间结构中的应用进行了初步的探索,主要进行了以下工作:
1.通过模拟拟静力加载过程,分析了复合单元的基本承载性能以及滞回耗能性能,对其在各个阶段下的受力状态进行了详细分析。同时通过与原管、等代管的对比,发现了复合单元一些较为优越的性能。
2.对于可能影响复合单元滞回耗能性能的四方面的因素即:内管屈服强度、内外管面积比、内外管相对位置、复合单元长度,进行了详细分析,对其在不同参数下的滞回性能进行了对比。
本文通过对上述两大部分内容的分析研究,得出了一些具有参考意义的结果。同时,也对研究中存在的不足进行了分析,提出了一些本人关于今后所需进行研究工作的看法。