K型偏心支撑钢框架结构在水平循环荷载作用下的力学性能研究.pdf

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1、质检·研究建材与装饰2015年4月K型偏心支撑钢框架结构在水平循环荷载作用下的力学性能研究李灵君（天水师范学院土木工程学院甘肃天水741001）摘要：根据水平荷载作用下，偏心支撑钢框架结构的耗能梁段发生破坏的特点，设计了耗能梁段长度不同的4组试件，应用有限元软件ABAQUS分析了在耗能梁段上加与不加斜加劲肋的两种情况，作用循环荷载后的滞回性能。分析结果表明，耗能梁段的长度与Mp/Vp的比值较小时，加斜加劲肋后，框架的最大水平位移相对于不加有明显的增大，延性增加。关键词：偏心支撑钢框架；耗能梁段；加劲肋；骨架曲线；循环荷载中图分类号：TU

2、391文献标识码：A文章编号：1673-0038（2015）17-0114-02偏心支撑钢框架结构是20世纪70年代出现的一种抗震结构体系。常见的偏心支撑钢框架结构的形式如图1所示，在耗能梁段处标有字母e。K型偏心支撑结构是最常见的一种耗能结构形式，如图1的左边第一个图所示。图2试件模型表1试件的杆件尺寸（单位：mm）图1偏心支撑钢框架体系杆件编号淤于盂榆虞愚舆《高层民用建筑钢结构技术规程》规定：e臆1.6Mp/Vp，其中Mp截面高度450400400400400400450为全截面的塑性弯矩，Vp为全截面的塑性剪切力，e为耗能梁段截面

3、宽度450200200200200200450的长度。当e在1.0Mp/Vp~1.3Mp/Vp范围内时，耗能梁段耗能能力腹板厚度12888101012最佳。但是通常，受建筑构造等因素的制约，有时可能要把耗能翼缘厚度16161616141416梁段做得短一些，不能在最佳耗能的范围之内。梁段越短，塑性表2耗能梁段的长度e（单位：mm）变形会越彻底，但也易造成梁段的腹板过早破坏，影响结构的总试件1试件2试件3试件4试件5承载力。根据耗能梁段腹板破坏时的应力状态，为防止腹板过早300450600750900发生破坏，加斜加劲肋于腹板上。应用有限

4、元软件ABAQUS，分1.3加载方式析比较5组试件它们在加与不加斜向加劲肋的情况下，施加水有限元分析中，在图2所示的加载位置施加水平位移荷载。平荷载后，框架刚度、水平承载力、滞回效应等力学性能的变化。根据《建筑抗震试验方法规程》（JBJ101-96）的要求，并参考1有限元模型概述ECCS的完全加载制度，采用以下加载制度：先单向加载于框架1.1材料定义顶部，根据荷载-位移曲线，求出耗能梁段的弹性水平位移驻y和分析用钢材为Q235级钢，考虑了钢材材性的应变强化，应对应的水平力Fy，再按驻y、2驻y、3驻y、…的方式施加循环荷载，每级用等向强

5、化模型，所有钢材材性均为名义值。屈服强度fy=一周，直到试件破坏。235MPa，抗拉强度f=375MPa，弹性模量E=2.06伊105，泊松比滋=1.4有限元分析模型u0.3，极限应变着u=0.2。在分析中，所有构件均采用壳单元。因梁、柱及支撑未发生塑1.2试件设计性变形，仅考虑了几何非线性，对发生塑性变形的耗能梁段既考分析模型如图2所示，其中H=3600mm，L=6300mm，B=2475~虑了几何非线性，有考虑了材料非线性。柱、支撑和地面的约束2850mm，试件中构件的的连接均采用刚接，构件尺寸如表1所示。边界采用了固接。根据《高层

6、民用建筑钢结构技术规程》，取Mp/Vp=878.5mm，e取2非线性有限元分析Mp/Vp的0.341、0.512、0.683、0.854、1.02倍，如表2所示。横向加在循环荷载作用下，模型的刚骨架曲线如图3~7所示，从骨劲肋取（90伊10）mm，间距取150mm，斜向加劲肋取（50伊6）mm。架曲线可以看出，试件1、试件2和试件3，加斜加劲肋后，框架·114·2015年4月建材与装饰质检·研究的承载力相对于不加有明显的提高，在循环荷载作用下的最大位移也有明显的增大；试件4和试件5，加斜加劲肋后，框架的承载力相对于不加有明显的提高，但在

7、循环荷载作用下的最大位移减小了。这是因为随着耗能梁段的增长，长度接近1.0Mp/Vp~1.3Mp/Vp范围，耗能梁段进入了最佳的耗能状态，如果在对其加斜加劲肋加固，限制了其发生充分剪切变形，整个试件的破坏是源于其他构件，而非耗能梁段。图7试件5的骨架曲线（1）不管耗能梁段的长度如何，加斜加劲肋后都能提高框架的水平承载力。（2）耗能梁段较短时，加斜加劲肋后，在循环荷载作用下的最大水平位移有明显的增大，延性增加。随着耗能梁段长度的增加，最大水平位移有明显的减小，延性降低，耗能能力变差，不利于抗震。图3试件1的骨架曲线参考文献[1]钱稼如，陈

8、茂盛，张天申.偏心支撑钢框架在水平力作用下的试验研究和极限分析[J].建筑结构，1993（4）：3~8.[2]《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）[S].[3]赵宝成，顾强.K型偏心支撑钢框架