大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能与设计方法

前言

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外相关研究现状

1.2.1 火电主厂房结构抗震性能研究

1.2.2 钢节点抗震性能研究

1.2.3 钢框架抗震性能研究

1.3 本书的主要研究工作

1.3.1 大型火电主厂房钢异型节点抗震性能研究

1.3.2 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力研究

1.3.3 大型火电主厂房钢异型节点受力性能有限元分析

1.3.4 大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能研究

1.3.5 大型火电主厂房钢框排架结构受力性能有限元分析

1.3.6 大型火电主厂房钢框排架结构基于位移的抗震设计方法研究

1.3.7 大型火电主厂房钢框排架结构抗震优化设计研究

第2章 大型火电主厂房钢异型节点抗震性能试验研究

2.1 试验方案

2.1.1 试验目的

2.1.2 试验模型

2.1.3 材性试验

2.1.4 试件加载

2.1.5 测点布置

2.2 加载破坏过程及分析

2.2.1 加载破坏过程

2.2.2 破坏模式分析

2.3 试验结果分析

2.3.1 节点区应变分析

2.3.2 柱顶水平荷载与位移滞回曲线

2.3.3 柱顶水平荷载与位移骨架曲线

2.3.4 节点变形分析

2.3.5 节点核心区耗能能力分析

第3章 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力计算

3.1 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力理论计算

3.1.1 节点核心区形式及受力特点

3.1.2 节点核心区抗剪承载力理论计算

3.1.3 计算结果与试验结果对比

3.2 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力实用计算

3.2.1 核心区受剪机理分析

3.2.2 节点核心区抗剪承载力实用计算

第4章 大型火电主厂房钢异型节点受力性能分析

4.1 有限元计算模型

4.2 有限元结果与试验结果的对比

4.3 核心区应力分析

4.3.1 弹性阶段的计算结果及分析

4.3.2 弹塑性阶段的计算结果及分析

4.4 核心区翼缘应力分析

4.4.1 弹性阶段的计算结果及分析

4.4.2 弹塑性阶段的计算结果及分析

4.5 梁端应力分析

4.5.1 弹性阶段的计算结果及分析

4.5.2 弹塑性阶段的计算结果及分析

4.6 核心区剪切变形分析

4.7 核心区平面外位移分析

第5章 大型火电主厂房钢框排架结构拟动力试验研究

5.1 模型设计与制作

5.1.1 模型相似关系

5.1.2 模型设计与制作

5.1.3 模型材料性能

5.2 试验方法和测试内容

5.2.1 试验方法原理

5.2.2 加载装置

5.2.3 试验输入参数

5.2.4 测试内容及方法

5.2.5 加载制度

5.3 试验过程及现象描述

5.4 试验结果及分析

5.4.1 加速度反应

5.4.2 位移反应

5.4.3 滞回特性与耗能分析

5.4.4 强度与刚度

5.4.5 阻尼

5.4.6 变形性能

5.4.7 应变反应分析

第6章 大型火电主厂房钢框排架结构拟静力试验研究

6.1 试验概况

6.2 试验结果与分析

6.2.1 试件破坏过程

6.2.2 破坏机制

6.2.3 滞回曲线

6.2.4 骨架曲线

6.2.5 延性

6.2.6 耗能

6.2.7 强度退化

6.2.8 刚度退化

6.2.9 变形能力

6.2.10 煤斗梁节点应变分析

第7章 大型火电主厂房钢框排架结构弹性时程分析

7.1 计算模型的建立

7.1.1 工程概况

7.1.2 单元类型分析与选择

7.1.3 分析模型的建立

7.2 火电厂主厂房结构的动力特性分析

7.3 空间框排架结构的动力反应

7.3.1 加速度反应

7.3.2 位移反应

7.3.3 地震作用

7.3.4 框排架协同工作

7.4 双向水平地震动输入对结构地震反应的影响

第8章 大型火电主厂房钢框排架结构弹塑性时程分析

8.1 弹塑性时程分析的基本方法

8.1.1 运动方程

8.1.2 结构计算模型

8.1.3 结构动力方程的求解

8.2 火电厂主厂房的弹塑性时程分析

8.2.1 分析模型

8.2.2 材料的本构关系与恢复力模型

8.2.3 塑性铰的定义与计算参数的设定

8.2.4 结构阻尼的确定

8.2.5 时程分析参数

8.3 计算结果与分析

8.3.1 加速度反应

8.3.2 位移反应

8.3.3 地震作用

8.3.4 塑性铰分布

8.3.5 框排架协同工作

第9章 大型火电主厂房钢框排架结构静力弹塑性分析

9.1 静力弹塑性分析的基本原理

9.1.1 基本假定

9.1.2 Pushover分析的实施步骤

9.1.3 水平加载模式

9.1.4 目标位移

9.2 火电厂主厂房的Pushover分析

9.2.1 计算模型的建立

9.2.2 计算参数的确定

9.3 结果分析与讨论

9.3.1 基底剪力与顶点位移的关系

9.3.2 层剪力

9.3.3 层间位移角

9.3.4 结构塑性铰出铰分析

9.3.5 框排架结构协同工作

9.3.6 刚度退化

第10章 大型火电主厂房钢框排架结构基于位移的抗震设计

10.1 基于I生能的结构抗震设计方法

10.1.1 基于性能抗震设计方法的基本内容

10.1.2 直接基于位移抗震设计的特点

10.2 火电厂主厂房钢框排架结构性能水准划分及性能目标

10.2.1 地震设防水准

10.2.2 结构性能水平划分

10.2.3 结构性能目标的量化

10.3 火电厂主厂房钢框排架结构基于位移的抗震设计

10.3.1 目标位移模式

10.3.2 等效单自由度体系的等效参数

10.3.3 位移反应谱

10.3.4 火电厂主厂房钢框排结构基于位移的抗震设计步骤

10.4 算例及分析

10.4.1 按性能水平为“正常使用”设计

10.4.2 按性能水平为“基本使用”设计

10.4.3 按性能水平为“生命安全”设计

第11章 大型火电主厂房钢框排架结构抗震优化设计

11.1 引言

11.2 ANSYS优化工具箱

11.2.1 ANSYS优化模块

11.2.2 ANSYS优化方法

11.3 钢框排架结构参数化有限元模型的建立

11.4 荷载与荷载组合

11.4.1 荷载类型

11.4.2 风荷载的计算

11.4.3 水平地震作用的计算

11.4.4 荷载组合

11.4.5 二阶效应

11.5 无支撑框排架结构的单目标优化设计

11.5.1 设计变量及目标函数

11.5.2 状态变量

11.5.3 优化分析文件

11.5.4 零阶优化结果

11.5.5 一阶优化结果

11.5.6 优化结果分析

11.6 支撑体系的多目标优化设计

11.6.1 设计变量及目标函数

11.6.2 状态变量

11.6.3 优化结果及分析

11.7 变形验算及对比

11.7.1 变形验算

11.7.2 优化后变形与试验变形的对比

主要参考文献

《大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能与设计方法》系统研究和阐述大型火电主厂房钢框排架结构及其中存在的异型节点的抗震性能和设计方法。全书共分11章，主要包括：第1章阐述大型火电主厂房钢框排架结构的研究背景及相关研究现状；第2～4章阐述大型火电主厂房钢异型节点的拟静力试验、抗剪承载力计算方法和受力性能有限元分析；第5～6章介绍大型火电主厂房钢框排架结构的拟静力试验和拟动力试验；第7～9章阐述大型火电主厂房钢框排架结构的弹性时程分析、弹塑性时程分析和静力弹塑性分析；第10章阐述大型火电主厂房钢框排架结构基于位移的抗震设计方法；第11章阐述大型火电主厂房钢框排架结构抗震优化设计方法。《大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能与设计方法》可供从事土木工程领域研究的科技人员及高等院校相关专业的研究生和高年级本科生参考。

《大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能与设计方法》作者薛建阳和刘祖强和梁炯丰和彭修宁及其课题组于2009年对6个大型火电主厂房钢异型节点进行了低周反复加载试验，获得了该类型节点的破坏形态和抗震性能指标，揭示了节点核心区的受力机理，从理论和实际应用的角度提出了节点抗剪承载力计算公式，并采用ABAQUS软件对节点的受力性能进行了有限元模拟。在此基础上，于2011年对1榀大型火电主厂房钢框排架平面模型进行了拟动力试验及拟静力试验，揭示了该结构的破坏形态和破坏机制，获得了其加速度、位移等地震反应及滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能指标。