偏心支撑钢框架有限元分析.docxVIP

[文章编号]1002-8528(2004)04-0014-05偏心支撑钢框架有限元分析王新武(洛阳工业高等专科学校建筑工程系,河南洛阳471003)[摘要]偏心支撑钢框架是近二十多年来发展起来的一种支撑结构形式,具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性,本文对偏心支撑钢框架进行非线性有限元分析。分析结果表明,偏心支撑中的耗能梁段在加载后期发生剪切屈服型破坏,保证了框架其他杆件不屈服,提高了结构的耗能能力和变形能力,显著地改善了钢框架的抗震性能。[关键词]偏心支撑;有限元;钢框架[中图分类号]TU391;TU311.4[文献标识码]ANonlinearFiniteElementAnalysisforEccentricallyBracedSteelFrameWANGXin-wu(LuoyangCollegeofTechnology,LuoyangHenan471003,China)AbstractEccentricallybracedframeisoneofnewresistant-lateralsystemsinrecentyearsandithaswellresistant-seismicbehavior.Inordertostudytheitsresistantseismicbehaviorandcharacteristicoflink,nonlinearfiniteelementanalysisforeccentrical2lybracedframewasperformedinthispaper.Analysisindicatedthatlinkofthisframeyieldedinthelastloadingandoccurredcutmodefailureandinsurethattheothercomponentsdidnotfailed.Soenhancetheabsorbsseismicenergyanddistortioncapability,im2provedtheresistantseismicbehaviorofframes.Keywordseccentricallybraced;finiteelementanalysis;steelframe引言1偏心支撑钢框架是近二十多年来发展起来的一种支撑结构形式。1977年美国加州大学通过1/3模型框架的试验,首次验证了偏心支撑钢框架优异的抗震性能;随后在美国相继将偏心支撑框架用于一些高层建筑作为抗侧力体系的一部分1。偏心支撑的主要特点是每一根支撑斜杆的两端,至少有一端不在梁柱节点处相连,如图1。这种支撑斜杆与柱之间,或斜杆与斜杆之间就形成了一个耗能梁段a。采用耗能梁段的目的是改变支撑斜杆与梁(耗能梁段)的先后屈服顺序,即在罕遇地震时,一方面通过耗能梁段的非弹性变形进行耗能,另一方图1偏心支撑类型面使耗能梁段首先发生剪切屈服(同跨的其余梁段未屈服),保护支撑斜杆不屈曲或屈曲滞后,从而有效地保持并相应地延长结构抗震能力的持续时[收稿日期]2004-03-20[基金项目]河南省科技攻关项目,0324460012[作者简介]王新武(1971-),男,讲师,工学博士第4期王新武:偏心支撑钢框架有限元分析15间2。钢支撑框架体系的研究所取得的成果已为和耗能梁段同时屈服时的承载力的1.5倍,确保偏心支撑在耗能段屈服时不会因承载力不够而发生受压屈曲和失稳。表1框架截面尺寸许多工程实例所采用,但是作为一种新型的住宅抗侧力体系,支撑框架本身的性能等还有许多问题有待于解决。本文拟利用分析软件ANSYS对偏心支撑钢框架进行非线性有限元分析,研究偏心支撑框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性,并与此模型的实验结果做比较。偏心支撑钢框架设计2有限元模型的建立3框架试件按照常用民用建筑层高、柱网跨度、梁柱断面尺寸,考虑1∶2的缩尺比例进行设计。试件梁柱和底梁均采用Q235热轧H型钢,所有螺栓采用10.9级摩擦型高强螺栓,焊缝采用E4311焊条焊接。梁柱连接、支撑两端与框架的连接,均采取刚性连接的形式,框架模型如图2所示,具体截面尺寸如表1。采用了ANSYS的静力分析和非线性分析等功能,对钢结构住宅的偏心支撑钢框架进行非线性弹塑性大变形分析。3.1单元选取和模型建立本文采用三维八结点大应变实体单元(VISCO107)。三维八结点大应变实体单元(VISCO107)是一种三维实体单元,用于实体结构的建模。该单元共有八个结点,每个结点有三个平移自由度,通过人为地将结点重合,还可以演化为棱柱体单元和四面体单元。利用ANSYS建立框架的有限元模型,见图3。图2偏心支撑框架根据《高层民用建筑钢结构技术规程》3,如果e≤Mp/Vp属于剪切屈服型连梁,否则就是属于弯曲屈服型连