消能支撑框架结构体系抗震性能探究

《消能支撑框架结构体系抗震性能探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、消能支撑框架结构体系抗震性能探究　　摘要：本文分别建立了一个普通纯框架结果模型和消能支撑框架结构，应用有限元软件ANSYS通过EI-Centro(NS)波、Tar-Tarzana（EW）波和人工场地波对三种结构体系进行模拟分析，比较深入的研究了两种消能支撑框架结构的抗震性能。结果表明，在纯框架基础上增设消能支撑不仅能提高结构的抗侧移刚度，而且还能有效地改善罕遇地震作用下结构的抗震性能。关键词：消能支撑框架结构；阻尼器；有限单元法；抗震性能则中图分类号：TU323.5文献标识码：A引言6消能支撑框架是近年来出现的一种新型消能减震结构形式，一般通过在框架柱间支撑杆中设置消能装置，且减震效果显著

2、，构造简单的新型抗震减震结构形式。这些消能减震装置对小地震的作用具有一定的初始刚度，当遇到中强地震时，随着结构的地震响应增大，消能装置率先进入弹塑性状态，产生较大的阻尼，大量吸收和耗散输入结构中的地震能量，使主体结构避免出现较大的非弹性变形，并迅速衰减结构的地震响应，从而确保主体结构在强地震中的安全。目前，国内外不少学者对消能减震被动控制装置的应用做了大量的研究，但是对于火电厂之类的大型厂房，由于其高度及竖向荷载的因素，此类纵向消能支撑框架体系的抗震性能研究较少。本文以实验研究为依据，对一榀纯框架结构和消能支撑框架结构进行ANSYS动力反应分析，深入的研究了消能支撑结构体系的消能性能，提出

3、了改善结构抗震性能的建议，为结构设计提供了参考依据。1计算模型原型结构为一6层7跨的大型火电厂钢筋混凝土结构主厂房A列纵向框架-抗震支撑结构体系。由于纵向结构体系比较复杂，并考虑到模拟结果的代表性以及过程的可操作性，模型结构取3层3跨，其中边跨设有抗震支撑，原型与模型的几何相似比选8：1，并具有相似的刚度特性和连梁刚度相近的相似比。本文采用ANSYS软件进行结构计算与分析，分别建立普通框架和消能支撑框架的有限元模型如图1所示。该结构设防烈度为8度，场地土类型为Ⅱ类。故选取EI-Centro（NS）、Tar-Tarzana（EW）、场地波三条地震波进行结构计算。输入持时均为10s。考虑到结构

4、在小震作用下基本处于弹性或弹塑性状态，消能支撑的耗能能力主要取决于其附加的水平抗侧刚度，故加速度取为（罕遇地震），以模拟阻尼器的强震作用下的抗震性能，输入方向为纵向（X向）地震波单向输入。6图1普通框架及消能支撑框架的有限元模型2结构动力特性分析2.1结构模态计算通过有限元软件ANSYS对两种结构分别进行模态分析，得出结构自振频率计算结果见表1所示。表1两种结构的前五阶自振频率结构的自振特性计算结果见表1。对于两种结构形式来说，增加消能支撑后自振频率同比增大20.6%，这是由于添加消能支撑部分可以增加结构的整体刚度。2.2结构动力反应计算表2列出了在地震动幅值为400（罕遇地震）作用下的纯

5、框架，X型支撑结构顶部位移幅值变化及相应的控制效果。图2-4给出了加速度幅值为400的三种波X向输入下的结构顶部水平位移时程曲线。表2罕遇地震作用下结构顶部位移控制效果图2EI-Centro波下结构顶点位移时程曲线图3Tar-Tarzana波下结构顶点位移时程曲线6图4Changdibo波下结构顶点位移时程曲线由表2和图2-3.4结构在三条不同波形下的顶点水平位移时程曲线可以看出，无附加消能支撑纯框架结构的顶点位移明显高于有消能支撑的结构。纯框架在附加阻尼支撑后可以有效的降低结构的水平侧移值，其中消能支撑控制率为75%左右。消能支撑在罕遇地震波作用下减震效果显著，这主要是支撑结构除了增加了

6、结构抗侧刚度之外，阻尼装置在震动下消耗了更大的地震能量，从而显著的减少了地震能量对主体结构的破坏，保护了主体结构的安全。3计算结构及分析限于篇幅，本文仅给出EI-Centro波作用下纯框架结构和X型消能支撑结构沿楼层高度的层间侧移及层间转角变化曲线如上图所示，由图可知两种结构体系的变形均为剪切变形，故附加消能装置不会改变结构的变形形式，即消能支撑结构亦为柔性结构。同时，由图还可观察到结构在一层处的层间位移和层间转6角较之其它各层差别明显，说明纯框架及消能支撑结构在极限状态时一层属薄弱层，这与剪切变形结构的特点相吻合。此外，消能支撑框架的层间位移和层间转角相比纯框架结构要小的多。这是因为消能

7、支撑在罕遇地震作用下或结构进入弹塑性、塑性阶段后，消能器率先屈服，同时耗散大量的地震能量，随后支撑杆及梁柱构件屈服，进一步耗散地震作用，直至结构发生破坏。4结论及建议(1)根据模拟结果分析，在框架柱间增设消能支撑后可以有效改善结构的抗震性能，对主体结构能起到保护的作用。(2)从结构的层间侧移曲线可以看出，普通框架在增设了消能支撑后，没有明显改变框架剪切变形的特点。这是由于没有对消能器的性能及分布进行优化设计，从而使得一层