装有金属阻尼器的钢结构有限元分析.pdf免费

钢结构工程研究⑧ ‘钢结构》2010增刊 装有金属阻尼器的钢结构有限元分析 王湛1李江刚2．。潘建荣1 (1．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广州510641：2．广州金海设计有限公司，广州510040) 提要：目前，对装有金属阻尼器的结构进行的有限元研究主要集中在阻尼器对结构减震效果的参数研究 和破坏机理上，对有限元模拟整体结构中的金属阻尼器的研究成果较少。本文从金属阻尼器的工作原理出 发，借助ABAQUS有限元软件，在有限元中研究如何合理选择金属阻尼器的单元类型。 关键词：金属阻尼器；单元；有限元分析 1．引言 装有金属阻尼器结构的有限元研究，对整体结构中的金属阻尼器的有限元模拟，目前 有两种处理方法：一是利用弹簧单元来简化等效整体结构中的金属阻尼器Ⅲ；二是利用壳 单元来直接模拟整体结构中的金属阻尼器【2】。如何准确且合理地选取单元类型来有限元模 拟整体结构中的金属阻尼器，成为问题的关键，这就需要从金属阻尼器的耗能工作原理出 发，来选取单元类型。 金属阻尼器的耗能工作原理是利用其塑性变形来耗散输入的能量，同时具有一定的抗 侧刚度。弹簧单元只能贮存能量，却不能耗散能量，因此不能合理地模拟金属阻尼器，所 以在耗能减震结构有限元研究中，金属阻尼器不适宜用弹簧单元来模拟。而壳单元，能直 接用于金属阻尼器的有限元模拟，并且通过合理的网格划分和边界接触处理，可以得到合 理且准确的有限元结果。 2．装有金属阻尼器的钢框架的试件参数 大连理工大学的李宏男、李钢对分别装有两种金属阻尼器的钢框架进行了试验研究【2】， 试验在大连理工大学国家重点实验室抗震研究室的模拟地震振动台上进行。本文选取了其 中的装有单圆孔型钢阻尼器的钢框架作为研究对象。 装有单圆孔型钢阻尼器的钢框架试验模型为二层钢框架结构，结构首层层高为 构首层质量为360Kg，如图1所示，单圆孔型钢阻尼器安装在结构首层，具体尺寸见图2 所示。 基金项目：国家自然科学基金资助项目 249 铡结构工程研究@ 《铡结构》2010增fU 3．有限元模型 1)单元类型的选取、边界接触处理及网格划分 应的R由度释放，从而束模拟实际巾支撑跟粱柱节点处的铰接。单圃孔型钢阻尼器采_}i]壳 米模拟单圆孔掣钢阻尼器跟梁和相关支撑的接触芙系。设定单元尺寸后进行网格划分，图 3足鞋何竹圆扎埤!钢阻尼器铡框架单兀划分图。 ” Ⅲ1《TJ$目n■ⅧmE镕∞Ⅲ《※M2，H口7L’I’“m月#目 2)材料本构关系、屈服准则及强化准则 …一 考虑铡材的塑性硬化．钢材的应力一应变关系为阉4所示，即理想的津性材料加入一定 Van 的硬化特性。钢材的屈服准则聚H1 Mises屈服准则，且由于钢框架试件的加载是振动 台模拟地震动荷载．所以采用随动强化模型。随动强化模型是假设JJu载过样小属珊面随塑 性变彤的增长作刚体移动m没有转动，因此初始屈服面的大小、形状和方向仍然保持小变． 随动强化模型町以反映包辛格效应，适用十循环加载。 目^W¨m^^女X{ 3)加载和边界条件处理 试验加找是振动台施加地震动荷载，有限元模犁中，在钢框架模型柱脚的相关平动自 …度疗m施加加述度，其幅恤曲线跟试验地震动荷载幅值曲线致。钢框架试件的柱脚与 钢结构工程研究⑧ ‘钢结构》2010增刊 地面是固定的，在有限元模型中将钢框架模型柱脚的所有自由度都约束。 4计算结果分析 1)模态频率提取分析 在进行结构地震动荷载作用之前，须对结构进行模态频率提取分析。采用 器钢框架的第一频率提取图。有限元模拟得出的第一频率fi=18．105Hz，试验得出的第一频 率fl=22Hz，有限元结果跟试验结果比较吻合。