斜撑阻尼器的框架节点局部受力分析

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1、http://www.paper.edu.cn斜撑阻尼器的框架节点局部受力分析张世兵武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉(430070)E-mail：007007zsb@163.com摘要：为了解安装斜撑耗能器的框架节点的受力性能，本文首先采用平面杆系模型分别对一十层钢框架结构和一八层钢筋混凝土框架结构在无控和有控时的地震反应进行了分析，得到了节点区域梁端，柱端和斜撑上的内力之后采用非线性有限元程序对框架节点区的应力及变形进行了计算，分析了由于安装耗能器给节点区的应力分布带来的影响，得到有很有

2、意义的结论，为进一步提出加强措施奠定了基础。关键词：阻尼减振器；节点；抗震；结构控制1.引言节点区域是结构受力最为复杂的区域之一，同时也是最重要的受力构件之一。在通过斜撑安装了耗能器的框架中，因耗能器对框架节点施加了较大的控制力，从而使节点区的受力更为复杂，并有可能产生不利的影响。本文首先采用平面杆系模型对一七层钢筋混凝土框架结构在无控和有控时的弹塑性地震反应进行了分析，得到了节点区域梁端、柱端和斜撑上的内力之后采用非线性有限元程序对框架节点区的应力及变形进行了计算,分析了由于安装耗能器给节点区的

3、应力分布带来的影响,并从宏观上研究了影响节点区域剪力大小的主要因素。2.计算模型虽然从宏观的角度看，耗能器控制力对钢框架和钢筋混凝土框架节点受力影响不大，但可能在耗能器支撑与节点连接处产生较大的应力集中，本节将采用非线性有限元程序对此问题进行分析。在实际框架结构中，当作用水平荷载时，上柱反弯点可视为水平可移动的铰，相对于上[1]柱反弯点，下柱反弯点可视为固定铰，而节点两侧梁的反弯点可视为水平可移动的铰。本文采用柱端加荷方案来模拟上述边界条件钢框架的梁柱截面均为工字型,为减少节点的数[2]量，将梁柱

4、的工字型钢板离散成为3节点或4节点的板壳元,钢筋混凝土框架模型由钢筋和混凝土两种材料构成，本文对钢筋、纵筋和箍筋、和混凝土两种材料分别建模、译码，然后将两者粘结起来，形成最后的钢筋混凝土框架节点模型。钢筋和混凝土都被离散成为8节点的实体元，单元划分时，在拉应力较大的部位，采用了人工裂缝。3.本构关系和屈服准则本文采用考虑强化段的弹塑性模型来描述钢材的本构关系，强化段的弹性模量为初始弹性模量的3%屈服准则采用Mises理论。对钢筋混凝土框架而言，由于箍筋的约束，混凝土实际上处于三向受力状态，而三向受

5、力时混凝土的本构关系过于复杂，单轴受力时混凝土的本构关系又不能反应混凝土的真实受力情况所以本文采用文献[6]箍筋约束状态下的混凝土的本构关系：上升段曲线方程：23yA=+−x(32)AxAx+−(2),0≤≤x1下降段曲线方程：-1-http://www.paper.edu.cn26−yAx=−⎡⎤α(1)+≥x10,1x⎣⎦εσ其中，x=；y=；约束混凝土的极限强度f及其对应的应变ε为：cc,c,0εfc,0cc,⎡⎤sf=+⎢⎥11.091λ−fcc,νc⎣⎦D⎡⎤sε=+⎢⎥13.61λε−

6、cc,0ν,0⎣⎦D−6式中ε为峰值应变，ε=（1320+10.3）f×10，其单位为µε，f为棱柱体抗压00cu,c强度，其单位为MPa；s和D分别是箍筋的间距和矩形截面的短边长度。Af=−()2.770.029c(13.5+λν)25−−λν4α=11.9fc()2.36*1010式中λ为配箍特征值，λ=ρf/f，ρ为体积配箍率。νννycνν4.实例分析4.1工程概况结构为七层钢筋混凝土框架结构,柱截面为600*600mm，梁截面为400*400mm，混凝土强度等级为C30，设防烈度8度，近

7、震，Ⅱ类场地土，抗震等级二级阻尼比=0.05结构的前三阶自振周期分别为T1=1.804s，T2=0.576s，T3=0.321。Ansys有限元模型如图1所示。图1框架结构有限元模型-2-http://www.paper.edu.cn4.2计算分析计算的应力图分别如图2，图3所示，从图中可以看出：（1）钢筋混凝土框架，有耗能器时节点核心区应力τ比无耗能器时节点核心区应力xzτ要小，但对钢筋混凝土框架而言，有斜撑耗能器时，节点板与梁连接部位的剪应力较大，xz[3]有应力集中现象。图2无斜撑耗能器节点

8、应力图图3有斜撑耗能器节点应力图（2）在钢筋混凝土框架结构中，安装耗能器后，梁顶部下部与节点板连接处原混凝土受压区中出现了拉应力，导致梁顶部混凝土开裂，在节点板与梁连接的端部，拉应力最大，这是因为由斜撑传来的拉力，通过节点板直接作用在梁顶部的混凝土上，导致该部位出现了较大的拉应力，该拉应力不仅抵消了由弯矩引起的梁顶部的压应力，而且致使混凝土开裂。阻尼器的控制力使节点板和梁连接处出现了应力集中，使连接处混凝土的应力状态发生较大变化，有时甚至出现拉应力，使连接处混凝土开裂，因此该部位应