利用柱腹板屈曲后強度鋼框架抗震性能研究.pdf

1、鋼結構建筑被譽為21世紀的“綠色建筑”之一，是一種節(jié)能環(huán)保、能夠循環(huán)使用的結構，符合我國建筑結構可持續(xù)發(fā)展的要求。輕鋼結構作為鋼結構的一個獨立分支，較多的被應用于輕型門式鋼架結構等單層結構上，隨著《輕型鋼結構住宅技術規(guī)程》JGJ209-2010的實施，越來越多的輕鋼結構被應用于多層住宅、辦公樓等民用與公用建筑上。但規(guī)程規(guī)定當框架柱軸壓比較大時仍按《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010中的規(guī)定執(zhí)行，這就使得輕鋼結構失去其優(yōu)勢。為確保

2、輕鋼框架柱在高軸壓比下仍具有較好的抗震性能，對輕鋼框架的抗震性能進行分析，提出輕鋼框架薄弱部位的加強措施及方法，從而使輕鋼結構在利用柱屈曲后強度的前提下通過薄弱部位的加強能夠使之符合抗震區(qū)的抗震要求，是本文研究的主要目的。本文主要的研究工作與取得成果如下:
　　(1)對三個利用柱腹板屈曲后強度的輕鋼平面框架進行了低周反復荷載作用下的試驗研究，并開發(fā)了基于Abaqus軟件包的輕鋼框架非線性有限元仿真程序。在經(jīng)過試驗結果驗證有效的前提

3、下，運用該有限元程序深入系統(tǒng)地研究了鋼框架的受力全過程和破壞模式;分析了其滯回曲線、變形與延性性能、耗能能力;最后從理論上研究了節(jié)點域的破壞過程和柱腳的破壞機理。
　　(2)從理論上分析了利用柱腹板屈曲后強度輕鋼框架的節(jié)點域剪切變形對其側移剛度的影響;針對其即使采用了現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的方法對節(jié)點域進行加強但仍然產(chǎn)生較大的節(jié)點域剪切變形的問題，運用開發(fā)的有限元程序深入系統(tǒng)地研究了加強型邊節(jié)點的抗震性能;分析了不同加強方式下輕鋼框架邊節(jié)

4、點域的抗震性能和破壞模式;提出并合理的邊節(jié)點域板的板件厚度不宜大于(hc+hb)/65。
　　(3)對兩個利用柱腹板屈曲后強度的輕鋼框架中節(jié)點進行了低周反復荷載作用下的試驗研究，并運用非線性有限元程序進行仿真。在經(jīng)過試驗結果驗證有效的前提下，針對在較大軸壓比下，利用柱腹板屈曲后強度輕鋼框架節(jié)點域附近柱端出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象，運用該有限元程序系統(tǒng)深入地研究了貫穿式腹板加強及翼緣加強方法對中節(jié)點承載力及抗震性能影響;分析其滯回曲線、變形與延性

5、性能、耗能能力，從理論上研究了不同參數(shù)對上述性能的影響，從而提出了合理有效的中節(jié)點加強方式及方法。
　　(4)利用本文上述研究所取得的成果，對輕鋼框架的邊、中節(jié)點域進行加強，深入系統(tǒng)研究了不同柱腹板高厚比對該類輕鋼框架的抗震性能及承載能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，采用加強型節(jié)點的輕鋼框架其承載能力有了較大的提升，在保持較好的震性能的同時，有效的降低了結構的側移變形。此外，以延性系數(shù)為基本定量的衡量指標，擬合了延性系數(shù)與柱腹板高厚比間的關系