两层无比轻钢结构体系抗震性能试验研究

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1、2005年第26卷第6期两层无比轻钢结构体系抗震性能试验研究叶红陈琴李书进(1．武汉理工大学；2．黄石市华新水泥科研设计有限公司)摘要；通过振动台实验和有限元分析2种方法，对无}匕轻钢结构体系进行抗震性能研究，介绍了2种方法所得出的主要结论，并进行了比较，在此基础上对该体系的抗震性能做出了评价。关键词：实验模型；振动台实验；有限元；实体模型轻钢结构住宅主要是指以镀锌轻钢龙骨为结构尺寸为2m×3m，由宽度为25Omm的槽钢焊接而件建造的住宅，无比轻钢结构体系是一种轻质、节成。为增强槽钢的刚度，在槽钢开口处每隔200mm能、环保且施工快捷、方便的轻钢

2、结构体系，为了解焊接宽100mm、厚6mm的钢板，以起加强肋的作该结构体系的动力特性及抗震性能，武汉理工大学用。最后将模型与钢支座一起固定在振动台面上(见土木工程与建筑学院对该结构体系进行了振动台试图2)。验研究及动力分析。并建立三维有限元实体模型进行有限元分析，探讨该结构体系在不同强度的震动激励下的地震反应及破坏形态，找出其薄弱环节，为改进该体系和促进该体系的推广应用做一些探索性的工作。1模型试验1．1模型设计制作为更真实地反映轻钢结构的抗震性能，试验模型设计成足尺房屋模型，模型制作完全按照无比轻钢结构体系的施工方法与工艺流程进行。另一方面图2

3、模型与振动台面的连接模型在2层楼面及屋顶各设置配重540kg，用考虑到振动台的性能参数要求，选用了典型单元的一个2．0m×3．0m的房间作为试验对象。每块重量为1Okg的标准铁砖设置。设置时先将宽为240mm、厚1．5mm的槽钢固定在楼面上，然后将铁砖嵌固在槽钢中，压紧以防滑动。完工后的模型总高度为6．1m，其中模型高6m。模型总的质量为2．68t，其中模型质量1．2t，楼面及屋顶配重共1．08t，钢支架质量0．4t。1．2加载与测试装置试验在武汉大学土木建筑工程学院振动台试验室中进行，该振动台系日本鹭宫公司生产的单向电流式模拟地震振动台。采用电

4、液伺服驱动方式，按一维两自由度体系由位移控制进行试验。图1模型试验照片加速度传感器测点共5个，分别布置在结构的2由于振动台的尺寸为2m×2m，而房屋模型的层与屋顶及振动台台面。其中振动台台面布置1个，长为3m，所以不能直接把模型安装在振动台上，而结构的2层与屋顶各2个，测试方向均为振动方向。采用底部钢支座来支撑模型。底部钢支座为长方形，位移传感器测点共3个，分别布置在振动台台面、2522005年第26卷第6期层及屋顶，测试方向均为振动方向。应变片测点共8比。个，布置在轴①所示的墙片上。1、2层各4个，分别布有限元法是把连续介质离散成一组单元，使无

5、置在墙中钢管和斜拉钢带上(见图3)。限自由度问题转化成有限自由度问题，再用计算机求解的方法。采用Ansys计算软件，力学模型经有限元离散后，计算单元矩阵，生成以节点的位移、速度和加速度为未知量的平衡方程M5+C．i+Kx—f(1)用振型的线性叠加来表示位移向量，即—一．a，．(t2)i=1将式(2)代人式(1)并整理，得到个独立的二阶常微分方程图3应变片布置图(括号中为2层布置)+2riwia+a—F(f)i：1，2，⋯，(3)1．3加载方案1按照相似理论，阻尼比取值一一0．012，在选其中，F(f)一()}，式中，为阻尼比；为⋯F择地震波时综合

6、考虑了模型的假设所在场地及试验自振频率；，：’[]。结果与类似试验的可比性，首先还进行自由振动试式(3)利用Newmark法直接积分法求解，计算验。白噪声激励加速度峰值为0．2g；扫频激励，频率出位移、速度和加速度。上行(O．3～30Hz)，频率下行(3O～0．3Hz)，加速度利用上述有限元模型对该模型进行模态分析，峰值为0．02g，输入地震记录长度都为40S，得到了各得到结构的前2阶模型，其中第1阶振动频率为5．65自的第1阶、第2阶振动频率(如表1所示)。接着采用Hz，第2阶振动频率为15．04Hz；对房屋在不同地了E1Centro波与迁安波

7、。先输入2次E1Centro波，震波激励下的动力反应进行了计算，并与实测结果将峰值加速度值调整为100gal、200gal；然后输入2进行了对比，详见图4～图9，图中实线均为实测结次迁安波，峰值加速度为100gal、200gal；最后输入果，虚线为有限元计算结果。E1Centro波，峰值加速度为300gal，输入地震记录0．3长度都为25S，主要从EICentro波来讨论。0．2表1不同激励下结构的动力特性估计值0·1g0．0巨一0．1—0．2—0．3—0．40510152O25tls2试验现象图40．1g顶层位移时程曲线在整个试验过程中未发现结

8、构中的钢管、连接件、竹胶板(蒙皮)及其它构件的破损、断裂等破坏现象。但当输入加速度较大时，如在加速度峰值为0．3g的E1Centro波激