屈曲约束支撑钢框架的地震反应分析.pdf

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1、第37卷第34期山西建筑Vo1．37No．342011年12月SHANXIARCHITECIUREDec．2011·35·文章编号：1009—6825(2011)34—0035—03屈曲约束支撑钢框架的地震反应分析王德伟常彦铮摘要：应用ANSYS软件对屈曲约束支撑钢框架(BRBFs)和普通支撑钢框架的抗震性能进行有限元数值模拟，对比分析了这两种体系大、小震的时程响应，结果表明，在小震作用下两种结构抗震性能均表现良好，但在罕遇地震作用下普通支撑钢框架刚度退化，而屈曲约束支撑钢框架则能降低结构的地震响应。关键词：屈曲约束支撑，屈曲

2、约束支撑钢框架，时程分析中图分类号：TU398．2文献标识码：A0引言框架梁柱刚接，支撑与梁柱节点采用铰接；梁、柱及普通支撑截面均选用H型钢，钢材屈服强度为235N／mm；楼面恒荷载取钢结构轻质高强，抗震性能好。纯钢框架侧向刚度较差，往4．5kN／m，活载为2．5kN／m；弹性最大层间位移角限值1／300，往需要较大的梁、柱截面才能满足要求，中心支撑钢框架的支撑塑性最大层间位移角为1／50，结构立面如图1所示。在强震作用下易发生屈曲失稳，造成其抗震能力急剧下降，偏心支撑钢框架的支撑在一定程度上解决了上述结构体系中存在的／＼／＼

3、／＼／＼问题，但在强震下仍有支撑屈曲、拉压滞回性能不对称等问题。／＼／＼为了改善支撑的受力性能，使其在地震作用时不发生屈曲，屈曲／＼／＼约束支撑钢框架(BRBFs)体系应运而生。这种体系在发达国家／＼／＼／＼／＼已被大量采用，国内的应用研究正在不断发展中。本文主要将／＼／＼BRBFs结构体系与普通中心支撑钢框架进行对比探讨分析。工／＼／＼卜__11结构计算模型a)普通史撑钢框架b)屈曲约束支撑钢框架1．1屈曲约束支撑钢框架设计方法及原则圈1结构立面简图本文屈曲支撑钢框架模型基于抗侧刚度比的方法进行设计。根据框架承担竖向荷载及部

4、分水平荷载，框架梁柱截面尺寸在屈曲约束支撑钢框架的设计中，要保证支撑能够充分发挥见表2。其性能：1)要求支撑要先于框架部分屈服，进行耗能，减少传递到表2构件截面尺寸框架部分的能量，对框架起到保护作用；2)合理把握支撑的截面构件楼层／层截面1—4H400×30o×12×20面积，如果增大支撑的截面面积，则结构的抗侧刚度也随之增大，柱5～8H400×3o0×10×18水平荷载不变的情况下，框架的侧移将随之减小，但是刚度增大粱l～8H350×30o×10×16同时会导致整个结构受到的地震作用增强。因此支撑与框架的取抗侧刚度比k=2，

5、根据式(3)可计算支撑内核面积A。刚度之间的匹配程度对整个结构的地震响应有着重要影响。A=h／2EsinOcosz0(3)支撑钢框架结构的抗侧刚度比表达式如下：计算屈曲约束支撑面积如表3所示。k=／(1)表3各层屈曲约束支撑面积其中，k为整个支撑框架结构的抗侧刚度比；为应用D值法楼层／层lI2～45～8确定的框架部分的抗侧刚度；K为支撑提供的弹性水平抗侧刚度。j(6／N·m一1103700666．749881333．34488824074，，[2EAsinOeosO／h(人字形支撑)⋯A／mmI3493．11l676．4316

6、40．85一IEAsinOcosO／h(单斜支撑)、普通支撑钢框架的支撑截面根据屈曲约束支撑等效轴力得其中，0为屈曲支撑的倾角；^为柱高。到，其各层截面如表4所示。抗侧刚度比k对结构性能的影响，已有一定的研究成果，文表4各层普通支撑截面献[1]提出：“对于弹塑性时程分析，按照大震不倒的要求，确定kl楼层／层I1—4I2—8{的合理取值范围介于0．5与2之间。”1支撑截面lH250×150×6×8fH200×100×6×8J1．2计算模型设计1．3有限元模型根据屈曲支撑钢框架的设计原则及步骤，设计8层3跨平面普通支撑钢框架梁、柱

7、、支撑及屈曲约束支撑钢框架的梁、柱人字形屈曲支撑钢框架，根据我国《建筑抗震设计规范》⋯设计普均选用Beam189单元模拟，Beam189是二次3．D梁单元，每个节通中心支撑钢框架。假定建筑场地信息，如表1所示。点有6个～7个自由度J。对支撑杆件施加初始弯曲来模拟普通表1建筑场地信息支撑在地震作用下先发生屈曲而退出工作。屈曲约束支撑采用抗震设防烈度l设计地震分组1场地土类剐}地面粗糙度类剐Link8单元模拟，这个三维的杆元素每个节点上有3个自由度：，Y8度I第一组lⅡlB类和z方向的位移，只考虑单轴的拉压，不考虑弯曲屈曲，是一种

8、能收稿日期：201l一07一l5作者简介：王德伟(1972-)，男，高级工程师，陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安710048常彦铮(1985．)，男，助理工程师，陕西省现代建筑设计研究院，陕西西安71004836·第20371卷1年第1342期月山西建筑·用于模拟于桁架，杆