强震下K型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布.pdf

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1、第27卷第2期苏州科技学院学报(工程技术版)Vo1．27No．22014年6月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Jun．2014强震下K型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布丁蕾．顾强(苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州，215011)摘要：选用10条远场和1O条近场地震波对K型偏心支撑钢框架进行了非线性动力时程分析．探索了远场与近场地震下结构滞回能层间分布规律。研究表明，K型偏心支撑钢框架的主要耗能区域分布在耗能梁段；近场地震对结构滞回能需求及滞回能

2、层间分布有较大影响，对各构件耗散的滞回能占总滞回耗能的比值也有很大影响。根据非线性时程分析结果，提出了K型偏心支撑钢框架滞回能层间分布系数的简化计算公式。关键字：K型偏心支撑钢框架；滞回能；层问分布系数；近场地震中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1672—0679(2014)02_o025一O720世纪50年代末HousnerC1]提出了基于能量的结构抗震设计思想．但由于问题的复杂性和客观条件的限制。此后的20年间研究基本没有大的进展，直到20世纪80年代初，随着震害观测资料和结构试验数据的大量积累。人们更加清楚地认识到结构的能量反应在评价地面运

3、动强度和结构破坏程度中的重要作用。尤其是结构地震反应非线性时程分析方法的应用．使人们具备了深入系统地进行结构动力弹塑性能量反应分析的条件，能量分析方法进人新的时期_2]。基于能量的设计方法涉及力和位移两个参数，并可考虑强震持时的影响口]。结构滞回能被认为是最具工程意义的能量指标[4]，是衡量结构塑性累积损伤的重要参数。近年来，将结构滞回能作为主要参数的基于能量设计方法得到了重视，并且有替代现行抗震设计方法的潜在可能性。结构滞回能的层间分布是基于能量抗震设计方法的重要研究内容。文中通过对K型偏心支撑钢框架的能量反应分析。揭示了结构滞回能层间分布规律，为结构抗震

4、设计的能量分析方法向着实用化方向发展提供了技术储备。l多自由度体系能量平衡方程多自由度体系在水平地震作用下的能量平衡方程Jf．r”r．．f．rf．r“。{l[Ml{x}df+J。{l[c】㈦d￡+J。{}{F(f)ldJ。㈨嗍,at(1)式中，【为结构质量矩阵；【c】为结构阻尼矩阵；F(t)为结构恢复力列向量。Ixl、l、{1分别为质点的相对加速度、速度和位移列向量，为地震波加速度。式(1)左边第一项是动能，第二项是阻尼能，第三项是弹性应变能与滞回能之和，即结构的总输人能由结构的动能、阻尼耗能、弹性应变能和滞回能四部分组成[引。EEo+Es+E}FEI动能项

5、是由结构移动惯性力产生的能量。阻尼能等于阻尼力乘以每个时间步的位移，输入能等于底部剪力乘以地面位移。输入能比峰值地面加速度或谱强度更好地反映了地面运动特征，因为它同时包含了地面f收稿日期]2013—05-07【基金项目】国家自然科学基金项目(51278320)【作者简介】丁蕾(1988一)，女，安徽广德人，硕士研究生。26苏州科技学院学报(工程技术版2Ol4运动特性和结构性能。地震对结构的作用从本质上讲是一种能量的传递、转化与耗散的过程，当地震动输入给结构的能量小于结构的耗能能力时，结构是安全的；反之结构将受到破坏。地震对结构的影响可作为能量输入一结构特性和

6、地面运动特征的函数，结构的能力定义为能量耗散能力，抗震设计成为地震能量输入和结构能量耗散之间能力的平衡。方程(1)左边的四项可分为两组：动能与弹性应变能为建筑储存能量，阻尼能与滞回能为建筑耗散能量，即建筑储存的能量加耗散的能量等于总输入能。动能和阻尼能不能明确地由结构抵抗，阻尼能由建筑部件产生，这两项能量与构件截面尺寸无关，结构不储存也不耗散它们。研究表明，动能和应变能都很小，几乎可以忽略，这两项在结构基于能量的抗震设计中是没有意义的，阻尼能和滞回能构成输入能的主体。与结构设计有关的主要能量是滞回能，滞回能的研究是能量分析方法的核心内容。滞回能与结构震害关系

7、的研究包含两方面的内容，分别是累积滞回能和瞬时滞回能[9-1o]的研究，前者与结构的累积损伤相关。后者则决定了结构的最大位移反应，结构的累积损伤破坏与最大位移破坏均能用能量方法解释。2结构算例结构层数不同则自振周期不同，由于相同的地震动在不同周期结构上的输入能量_7不同，不同层数结构在同一地震记录下的反应也会不同。取10、15和20层三个结构算例进行分析，图1为结构的平面和立面图，三个算例的平面相同，结构为5x3跨，层高3．3m，跨度7．8m，次梁间距2．6m，耗能梁段长度0．8m。结构在纵横两个方向各布置两道支撑体系，参照《高层民用钢结构技术规程》的规定，

8、按结构的两个主轴分别计算水平地震作用，各方向的水平地