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第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 国内外相关研究现状2

1.2.1 火电主厂房结构抗震性能研究2

1.2.2 钢节点抗震性能研究3

1.2.3 钢框架抗震性能研究5

1.3 本书的主要研究工作7

1.3.1 大型火电主厂房钢异型节点抗震性能研究7

1.3.2 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力研究7

1.3.3 大型火电主厂房钢异型节点受力性能有限元分析7

1.3.4 大型火电主厂房钢框排架结构抗震性能研究7

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7

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8

1.3.7 大型火电主厂房钢框排架结构抗震优化设计研究8

第2章 大型火电主厂房钢异型节点抗震性能试验研究9

2.1 试验方案9

2.1.1 试验目的9

2.1.2 试验模型9

2.1.3 材性试验13

2.1.4 试件加载13

2.1.5 测点布置15

2.2 加载破坏过程及分析17

2.2.1 加载破坏过程17

2.2.2 破坏模式分析19

2.3 试验结果分析19

2.3.1 节点区应变分析19

2.3.2 柱顶水平荷载与位移滞回曲线22

2.3.3 柱顶水平荷载与位移骨架曲线24

2.3.4 节点变形分析26

2.3.5 节点核心区耗能能力分析28

第3章 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力计算36

3.1 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力理论计算36

3.1.1 节点核心区形式及受力特点36

3.1.2 节点核心区抗剪承载力理论计算38

3.1.3 计算结果与试验结果对比47

3.2 大型火电主厂房钢异型节点抗剪承载力实用计算48

3.2.1 核心区受剪机理分析48

3.2.2 节点核心区抗剪承载力实用计算50

第4章 大型火电主厂房钢异型节点受力性能分析54

4.1 有限元计算模型54

4.2 有限元结果与试验结果的对比55

4.3 核心区应力分析56

4.3.1 弹性阶段的计算结果及分析56

4.3.2 弹塑性阶段的计算结果及分析58

4.4 核心区翼缘应力分析59

4.4.1 弹性阶段的计算结果及分析59

4.4.2 弹塑性阶段的计算结果及分析60

4.5 梁端应力分析61

4.5.1 弹性阶段的计算结果及分析61

4.5.2 弹塑性阶段的计算结果及分析63

4.6 核心区剪切变形分析64

4.7 核心区平面外位移分析65

第5章 大型火电主厂房钢框排架结构拟动力试验研究67

5.1 模型设计与制作67

5.1.1 模型相似关系67

5.1.2 模型设计与制作68

5.1.3 模型材料性能71

5.2 试验方法和测试内容72

5.2.1 试验方法原理72

5.2.2 加载装置72

5.2.3 试验输入参数74

5.2.4 测试内容及方法75

5.2.5 加载制度75

5.3 试验过程及现象描述76

5.4 试验结果及分析77

5.4.1 加速度反应78

5.4.2 位移反应79

5.4.3 滞回特性与耗能分析80

5.4.4 强度与刚度83

5.4.5 阻尼84

5.4.6 变形性能85

5.4.7 应变反应分析87

第6章 大型火电主厂房钢框排架结构拟静力试验研究89

6.1 试验概况89

6.2 试验结果与分析90

6.2.1 试件破坏过程90

6.2.2 破坏机制92

6.2.3 滞回曲线93

6.2.4 骨架曲线94

6.2.5 延性94

6.2.6 耗能96

6.2.7 强度退化98

6.2.8 刚度退化99

6.2.9 变形能力100

6.2.10 煤斗梁节点应变分析101

第7章 大型火电主厂房钢框排架结构弹性时程分析103

7.1 计算模型的建立103

7.1.1 工程概况103

7.1.2 单元类型分析与选择105

7.1.3 分析模型的建立107

7.2 火电厂主厂房结构的动力特性分析108

7.3 空间框排架结构的动力反应110

7.3.1 加速度反应110

7.3.2 位移反应111

7.3.3 地震作用117

7.3.4 框排架协同工作118

7.4 双向水平地震动输入对结构地震反应的影响119

第8章 大型火电主厂房钢框排架结构弹塑性时程分析123

8.1 弹塑性时程分析的基本方法123

8.1.1 运动方程123

8.1.2 结构计算模型123

8.1.3 结构动力方程的求解124

8.2 火电厂主厂房的弹塑性时程分析126

8.2.1 分析模型126

8.2.2 材料的本构关系与恢复力模型129

8.2.3 塑性铰的定义与计算参数的设定130

8.2.4 结构阻尼的确定131

8.2.5 时程分析参数131

8.3 计算结果与分析132

8.3.1 加速度反应132

8.3.2 位移反应132

8.3.3 地震作用134

8.3.4 塑性铰分布135

8.3.5 框排架协同工作138

第9章 大型火电主厂房钢框排架结构静力弹塑性分析139

9.1 静力弹塑性分析的基本原理139

9.1.1 基本假定139

9.1.2 Pushover分析的实施步骤140

9.1.3 水平加载模式140

9.1.4 目标位移141

9.2 火电厂主厂房的Pushover分析143

9.2.1 计算模型的建立143

9.2.2 计算参数的确定144

9.3 结果分析与讨论145

9.3.1 基底剪力与顶点位移的关系145

9.3.2 层剪力148

9.3.3 层间位移角149

9.3.4 结构塑性铰出铰分析150

9.3.5 框排架结构协同工作160

9.3.6 刚度退化161

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162

10.1 基于性能的结构抗震设计方法162

10.1.1 基于性能抗震设计方法的基本内容162

10.1.2 直接基于位移抗震设计的特点163

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164

10.2.1 地震设防水准164

10.2.2 结构性能水平划分164

10.2.3 结构性能目标的量化166

10.3 火电厂主厂房钢框排架结构基于位移的抗震设计168

10.3.1 目标位移模式168

10.3.2 等效单自由度体系的等效参数169

10.3.3 位移反应谱172

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173

10.4 算例及分析174

10.4.1 按性能水平为“正常使用”设计175

10.4.2 按性能水平为“基本使用”设计177

10.4.3 按性能水平为“生命安全”设计178

第11章 大型火电主厂房钢框排架结构抗震优化设计180

11.1 引言180

11.2 ANSYS优化工具箱181

11.2.1 ANSYS优化模块181

11.2.2 ANSYS优化方法182

11.3 钢框排架结构参数化有限元模型的建立182

11.4 荷载与荷载组合184

11.4.1 荷载类型184

11.4.2 风荷载的计算185

11.4.3 水平地震作用的计算185

11.4.4 荷载组合186

11.4.5 二阶效应186

11.5 无支撑框排架结构的单目标优化设计187

11.5.1 设计变量及目标函数187

11.5.2 状态变量187

11.5.3 优化分析文件190

11.5.4 零阶优化结果190

11.5.5 一阶优化结果194

11.5.6 优化结果分析197

11.6 支撑体系的多目标优化设计198

11.6.1 设计变量及目标函数198

11.6.2 状态变量198

11.6.3 优化结果及分析199

11.7 变形验算及对比203

11.7.1 变形验算203

11.7.2 优化后变形与试验变形的对比204

主要参考文献205