地震作用下钢结构损伤过程数值模拟_段红霞

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1、第28卷第2期Vol.28No.2工程力学2011年2月Feb.2011ENGINEERINGMECHANICS198文章编号：1000-4750(2011)02-0198-07地震作用下钢结构损伤过程数值模拟*1,211段红霞，李守巨，刘迎曦(1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁，大连116024；2.大连民族学院，辽宁，大连116600)摘要：采用弹塑性损伤本构模型，该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律，利用ABAQUS对一个9层钢结构在EL-Centro地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了

2、数值模拟。结果表明，上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位。这与在Northridge地震中观测到的高层钢结构的地震损伤情况是一致的。关键词：地震荷载；钢结构；损伤演化；数值模拟；ABAQUS中图分类号：TU393.2文献标识码：ANUMERICALSIMULATIONOFDAMAGEPROCESSOFSTEELFRAMESUNDEREARTHQUAKEEXCITATION*1,211DUANHong-xia,LIShou-ju,LIUYing-xi(1.StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIind

3、ustrialEquipment,DalianUniversityofTecchnology,Dalian,Liaoning116024,China;2.DalianNationalitiesUniversity,Dalian,Liaoning116600,China)Abstract:Thepapersimulatesthedamagingprocessofa9-storysteelframeunderEI-CentroearthquakegroundmotionusingABAQUS.Intheanalysis,theplasticdamagemod

4、eliscombinedwiththenonlinearisotropic/kinematichardeningcriteriaandthedamageevolutionlawofplasticdisplacement.Theresultsshowthatthebeamendsofupperfloorsundergoobviousplasticdeformationandincurtheappearanceofdamagedomains.Thisobservationisconsistentwiththeobservedseismicdamageofhi

5、gh-risesteelstructuresduringtheNorthridgeearthquake.Keywords:earthquakeexcitation;steelframe;damageevolution;numericalsimulation;ABAQUS钢结构由于其质轻高强、工厂制作程度高和施倒”，我国规范规定的是小震弹性的设计方法，对工速度快等优点，在我国高层建筑中得到越来越普大多数结构来说，一般只进行第一阶段的设计，但遍的应用。钢结构一直被认为是抗震性能优越的结国内外历次大地震的经验表明，发生高于基本烈度构形式，但是1994年的美国N

6、orthridge地震和1995的地震是可能的，设计时要考虑“大震不倒”的必年的日本Kobe地震中，许多高层钢结构发生断裂要性，规范要求对薄弱层进行罕遇地震下变形验破坏，结构工程界开始重新认识和研究高层钢结构算，即满足第二阶段设计要求。为防止高层钢结构的抗震性能，应深入了解高层钢结构在强烈地震作在罕遇地震下严重破坏(如产生大的层间残余变形)用下可能发生的损伤、破坏以致倒塌的机理。目前，或倒塌，需进行结构弹塑性动力时程分析，即根据国际公认的结构抗震原则是“小震不坏，大震不选定的地震波和结构的恢复力特性(循环荷载下钢———————————————收稿日期：2

7、009-10-16；修改日期：2010-01-21基金项目：国家自然科学基金项目(90815023)；国家重点基础研究发展规划项目(2007CB714006)作者简介：*段红霞(1968―)，女，山东人，副教授，博士生，主要从事钢结构损伤识别研究(E-mail:duanhongxia00@163.com)；李守巨(1960―)，男，辽宁人，教授，博士，从事工程力学和参数反演研究(E-mail:lishouju@dlut.edu.cn)；刘迎曦(1944―)，男，四川人，教授，博士，从事有限元研究(E-mail:yxliu@dlut.edu.cn).工程力

8、学199材的本构关系)，对结构的动力方程采用逐步积分的层钢框架的地震反应，分析了