偏心支撑抗侧力体系在水平力作用下性能的有限元研究

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果偏心支撑抗侧力体系在水平力作用下性能的有限元研究摘要：采用ANSYS大型有限元结构分析软件，研究了偏心支撑抗侧力框架在水平荷载作用下的性能，重点放在具有建筑布置优势的大偏心支撑框架。通过有限元理论计算，将理论计算与试验结果进行比较,总结了耗能梁长度、高跨比对偏心支撑体系强度，刚度，滞回性能的影响。关键词：偏心支撑抗侧力体系水平力作用有限元1前言偏心支撑体系兼顾了纯框架结构与框架中心支撑体系的优点。在正常使用阶段，它具

2、有较大的刚度，结构侧移较小；在大地震作用下，利用耗能梁段的塑性变形吸收能量，具有很好的耗能效果。偏心支撑抗侧力体系适用于抗震设防烈度为8、9度的，4层～1层的多层钢结构住宅。本文采用试验与有限元分析的方法，研究了偏心支撑抗侧力框架在水平荷载作用下的性能，重点放在具有建筑布置优势的大偏心支撑框架。计算模型课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果试验

3、研究了两榀耗能梁长度e不同的K形偏心支撑框架，在水平循环往复荷载作用下的破坏过程。每榀框架具有相同的梁柱截面尺寸、加载位置和约束条件。分析采用目前非线性分析中常用的VonMises等向强化准则，材料本构关系取理想弹塑性模型，初始弹性模量取2E5MPa，材料屈服强度为306MPa。有限元分析以试验框架为分析原型，采用两种计算模型：塑性梁单元平面模型，塑性壳单元空间模型。平面模型采用塑性梁单元BEAM23。由于试验框架柱高度小，必须考虑柱脚加劲肋对框架柱的平面内水平方向的约束作用。塑性壳单元空间模型。偏心支撑采用塑性直管单元PIPE20；框架梁柱，地梁

4、采用收敛性较好的塑性壳单元SHELL181。空间模型中，用8个加劲肋模拟了地梁对试验框架的约束作用，同样考虑了柱脚加劲肋对框架柱平面内的约束作用。理论计算与试验结果的比较将其中一榀试验数据稳定的试验框架，弹性阶段的试验结果与有限元计算进行比较。弹性阶段荷载－位移曲线的比较弹性阶段试验框架理论值与试验值的比较：(1)试验值与理论分析结果接近。塑性壳单元模型与试验结果十分吻合，误差均在5％以内；塑性梁单元模型误差在10％左右。(2)课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出

5、发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果理论值略小于试验值，这是由于理论分析出于建模方便的考虑忽略了偏心支撑与框架梁节点板以及部分加劲肋的作用。弹性阶段理论值与试验值的比较.测点1应力比较3.弹性阶段的应力比较弹性阶段理论值与试验值的比较：(1)由于现场试验条件、试件加工、试验手段等外部的原因，试验记录的应力－位移曲线呈不稳定上升状态；而理论分析忽略了外部条件的影响，应力－位移曲线平滑、稳定。(2)试验值与理论值基本吻合。塑性壳单元模型与试验结果的误差在10％以内；

6、塑性梁单元模型误差也在20％以内。偏心支撑框架的性能研究通过试验与理论的对比可知，理论结果与试验值接近。我们可以采用有限元工具，进一步研究耗能梁长度、框架的高跨比等因素对偏心支撑的性能以及滞回耗能的影响。单向水平荷载作用下的偏心支撑框架的性能分析采用和试验框架相同的塑性壳单元模型，主要研究耗能梁长度、高跨比对偏心支撑结构弹性阶段以及进入塑性破坏的影响。为了使结构的非线性分析，得到获得一个好的解，本文在水平力单向加载过程采用以下措施：(1)采用自动时间步长控制子步数：试验结构是从线性变化到非线性，激活自动时间步长，可以根据系统响应的非线性部分变化时间

7、步长，获得精度和代价之间的良好平衡；(2)课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果使用二分法：无论何时打开自动时间步长，二分法都会被自动激活二分法提供了一种对收敛失败自动矫正的方法。只要平衡迭代收敛失败，二分法将把时间步长分为两半，然后从最后收敛的子步自动重启动。如果已二分的时间步再次收敛失败，二分法将再次分割时间步长，然后再启动。持续这一过程直

8、到获得收敛或达到指定的最小时间步长;使用小的时间步长；对于材料的非线性分析，用水平位移代替水平力，结构的收敛性较好；增加网