高强钢组合K型偏心支撑框架耗能梁段长度研究.pdf

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1、第46卷第2期西安建筑科技大学学报(自然科学版)、，0l_46NO．22014年4月J．Xi’allUniv．ofArch．&Tech．(NaturalScienceEdition、Apr．2014高强钢组合K型偏心支撑框架耗能梁段长度研究连呜，苏明周，郭艳(1．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2．西部建筑科技国家重点实验室(筹)，陕西西安710055)摘要：建立了多个耗能梁段长度不同的高强钢组合K型偏心支撑框架有限元模型，对其滞回性能进行了非线性数值分析，研究了耗能梁段长度对高强钢组合K型偏心支撑框架承载力、强度退

2、化、刚度退化、廷性和耗能能力的影响规律．结果表明：耗能梁段长度不同，相应的高强钢组合K型偏心支撑框架抗震性能差异较大．最后，结合承载力、强度、刚度、延性及耗能能力，给出了高强钢组合K型偏心支撑框架相关设计建议，为工程设计提供参考．关键词：高强钢；偏心支撑；耗能梁段；有限元；滞回性能中图分类号：TU392．5文献标志码：A文章编号：1006．7930(2014)02．0217．07近几年，钢结构随着越来越多的大跨度、大空间和超高层建筑结构和桥梁结构的出现而不断发展，钢材的生产工艺和配套焊接材料和焊接技术也日渐成熟，从而使高强度钢材得以应用

3、于建筑结构n】．偏心支撑框架兼有中心支撑框架的刚度和纯框架的延性，其通过耗能梁段的塑性变形耗散地震能量，是一种性能优良的抗震结构体系[24]．高强钢组合K型偏心支撑框架结合了偏心支撑结构优良的抗震性能和高强钢强度高、节约材料的优点，其耗能梁段和支撑采用屈服强度较低的钢材(如Q345钢)，保证结构在地震下作用下具有良好的塑性变形和耗能能力，其他构件采用高强度的钢材(如Q460、Q690钢)以节约材料从而降低造价．目前仅罗马尼亚大学的Dubina和Stratan等进行了4个耗能梁段螺栓连接的单层单跨高强钢组合K型偏心支撑框架试件的拟静力试验

4、研究】．高强钢组合K型偏心支撑框架通过耗能梁段的塑性变形耗散地震能量，因此耗能梁段的性能决定了该结构的抗震性能，而耗能梁段的长度则直接影响其受力性能．已有研究成果表明]，耗能梁段为剪切屈服型的偏心支撑框架性能优于弯曲屈服型偏心支撑框架，因此，本文采用有限元软件ABAQUS6．10对多个不同耗能梁段长度的剪切屈服型高强钢组合K型偏心支撑框架(耗能梁段及支撑采用Q345钢，其他构件采用Q460钢)模型的滞回性能进行非线性数值分析，研究耗能梁段长度对结构承载力、强度退化、刚度退化、延性和耗能的影响规律，并给出相关设计建议，为工程设计提供参考．

5、1有限元模型及验证设计6个耗能梁段长度不同的单层单跨足尺模型，耗能梁段和支撑采用Q345钢，其余构件采用Q460钢，层高均为3．6m，跨度均为7．2m，梁、柱、支撑尺寸分别为H420mmx300n'llTlx14mmx25mm、H390mmx390mnlX18mmx30mrn、H250mmx250mlTl~14mmx20InlT1．模型尺寸如图1所示，模型编号及耗能梁段长度见表1．图1模型尺寸(单位mm)Fig．1GeometricsizesofFEmodel(单位棚)表1模型编号及耗能梁段长度Tab．1NumberofFEmodels

6、andlinklength收稿日期：2013．11-08修改稿日期：2014．04—08基金项目：国家自然科学基金资助项目(51178382)作者简介：连鸣(1987-)，男，博士研究生，主要从事新型钢结构体系抗震性能研究．E-mail：lianming0821@163．COrn218西安建筑科技大学学报(自然科学版)第46卷钢材屈服强度均使用名义值，本构关系采用理想弹塑性模型】．钢材的弹性模量均取E=2．06~10MPa，泊松比v=0-3．模型选用线性减缩薄壳单元(S4R)进行网格划分，有限元模型的网格划分如图2所示．约束柱脚底部全部

7、自由度，即柱脚与地面刚接，同时约束框架梁的平面外自由度，以考虑侧向支撑、次梁及楼板的作用．各模型柱顶均施加0．4Ⅳv(Ⅳv为柱全截面屈服时所承受压力)．模型均未考虑初始几何缺陷和焊接残余应力的影响．如图3所示，循环加载采用位移控制，按照y／4、y／2、3,dy／4、A、2A、3／Iy、⋯⋯的方式进行，模型屈服之前的各级位移循环一次，屈服后的各级位移循环三次，为模型的屈服位移．出现下列情况之一认为结构破坏：(1)框架侧移角达到5％【8；(2)水平承载力下降到峰值的85％．1J州yyyyyyy周数图2模型网格划分图3加载程序Fig．2The

8、FEmodelandmeshFig．3Loadinghistory为保证本文有限元模型的正确性，使用ABAQUS对文献[9]的试验进行模拟．该试件为两层单跨单榀K型偏心支撑框架，采用Q235钢，跨度2．4m