低屈服點耗能梁段偏心支撐抗震性能的研究.pdf

1、低屈服點鋼的力學(xué)特點是屈服強度低且相對穩(wěn)定，屈強比較小，具有良好的抗低周疲勞性能，伸長率大。其塑性變形能力較強，在進入塑性狀態(tài)后具有良好的滯回特性，并在彈塑性滯回變形過程中能吸收大量的能量。在地震載荷作用下，低屈服點鋼制作的耗能構(gòu)件能夠首先發(fā)生屈服進入塑性階段，利用良好的滯回性能吸收地震能量，避免結(jié)構(gòu)主體和主要受力構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，從而保護整個建筑的安全。
　　偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)兼有中心支撐結(jié)構(gòu)和純框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，小震作用下能提供

2、足夠的彈性剛度滿足層間側(cè)移限值要求，大震作用下能提供足夠的延性保證結(jié)構(gòu)不倒塌。偏心支撐鋼框架主要通過耗能梁的剪切屈服或彎曲屈服耗散大量的地震能量。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的屈服僅發(fā)生于耗能梁。由于低屈服點鋼材的特性能夠很好地滿足偏心支撐耗能梁的這些受力要求，所以將低屈服點鋼材制作的耗能梁段應(yīng)用在偏心支撐鋼框架中具有一定可行性和研究性。這樣的低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架抗震性能優(yōu)良，在建筑工程中具有廣闊的工程應(yīng)用價值。
　　本文對低

3、屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架抗震性能進行了比較系統(tǒng)地研究，主要的研究工作和成果如下：
　　(1)利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，給出了K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架在側(cè)向力作用下的支撐軸力和耗能連梁剪力表達(dá)式。偏心支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移可拆分為四部分：支撐軸向變形引起的側(cè)移、橫梁軸向變形引起的側(cè)移、耗能連梁剪切變形引起的側(cè)移、耗能連梁彎曲變形引起的側(cè)移。利用小變形假定和胡克定律，推導(dǎo)出了K型偏心支撐鋼框架的彈性抗側(cè)剛度。通過偏心支撐的內(nèi)力分析，

4、給出了支撐軸力的近似計算公式。
　　(2)依據(jù)K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架的整體理想失效模式，以及罕遇地震作用下的層剪力分布狀態(tài)和基底剪力，對K型偏心支撐鋼框架基于屈服機理和能量法的設(shè)計方法進行了研究。依據(jù)該設(shè)計方法，給出K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的設(shè)計與計算過程。
　　(3)運用有限元軟件ANSYS建立K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架有限元模型，進行單調(diào)加載和循環(huán)往復(fù)加載分析。分析得出低屈服點耗能

5、梁段的長度、低屈服點耗能梁段腹板厚度、低屈服點耗能梁段翼緣厚度、低屈服點耗能梁段加勁肋厚度及低屈服點耗能梁段加勁肋間隔這5類參數(shù)對低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。結(jié)合分析結(jié)果，提出一些有關(guān)K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架在工程設(shè)計中的建議。
　　(4)結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究和文獻(xiàn)，對耗能梁的剪切塑性鉸進行了一些研究。針對有限元軟件SAP2000中默認(rèn)的剪切塑性鉸，給出力-位移關(guān)系的修正參數(shù)。結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，分析

6、了梁、柱和支撐等非屈服構(gòu)件的塑性鉸設(shè)置與計算。
　　(5)基于相同的設(shè)計概況和地震力，設(shè)計了3種不同鋼框架結(jié)構(gòu)形式，分別為：純框架(SF)、普通K型偏心支撐鋼框架(KEBF)和K型低屈服點耗能梁段偏心支撐鋼框架(LKEBF)。將這3種鋼框架結(jié)構(gòu)分別在均布和倒三角荷載下進行Pushover推覆分析，來對比研究分析他們各自的抗震性能。分析結(jié)果顯示，在罕遇地震作用下，LKEBF結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)僅低屈服點耗能梁段進入塑性狀態(tài)，其他構(gòu)件保持彈性