低屈服點(diǎn)圓鋼管中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究.pdf

1、低屈服點(diǎn)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)具有較高的抗側(cè)剛度、強(qiáng)度和延性，同時(shí)滯回曲線飽滿并有很大的塑性耗能能力，能夠較為有效地降低地震災(zāi)害，起到防震減災(zāi)的作用。低屈服點(diǎn)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)能夠使結(jié)構(gòu)在小震下處于彈性狀態(tài)，在中、大震下低屈服點(diǎn)支撐能夠很好耗能，從而有效地保護(hù)梁、柱主要構(gòu)件不輕易破壞，具備預(yù)期的功能，擁有廣闊的工程應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外大量的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)低屈服點(diǎn)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要的研究工作和成果如下：
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2、1）通過(guò)材料拉伸試驗(yàn)得出低屈服點(diǎn)鋼（LYP100）的材料本構(gòu)關(guān)系和相關(guān)的力學(xué)性能，然后通過(guò)理論計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)出不同徑厚比和長(zhǎng)細(xì)比的圓鋼管支撐模型，利用ANSYS施加軸向循環(huán)往復(fù)荷載，研究了低屈服點(diǎn)圓鋼管支撐的滯回曲線、最大抗壓承載力特性，同時(shí)較系統(tǒng)地分析并歸納了不同長(zhǎng)細(xì)比和徑厚比圓鋼管支撐的耗能性能和屈曲情況，為低屈服點(diǎn)鋼支撐的設(shè)計(jì)提供了必要的理論依據(jù)。另外再模擬一榀兩層的中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)保證梁柱截面尺寸不變，改變不同中心支撐的截面

3、參數(shù)，來(lái)比較不同參數(shù)下支撐對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力以及延性的影響，得出比較適合設(shè)計(jì)采用的低屈服點(diǎn)圓鋼管支撐長(zhǎng)細(xì)比和徑厚比的范圍。研究發(fā)現(xiàn)支撐的長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大和過(guò)小均不好，支撐長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大雖然支撐的延性和滯回性能較好，但在支撐長(zhǎng)度一定的情況下，支撐的承載力比較低；而支撐長(zhǎng)細(xì)比過(guò)小，支撐的剛度太大，對(duì)梁、柱的影響較大。因此，經(jīng)過(guò)研究分析，建議支撐的長(zhǎng)細(xì)比取為80-120。同時(shí)，圓鋼管支撐的徑厚比不能太大，否則支撐會(huì)發(fā)生局部屈曲，但隨著長(zhǎng)細(xì)比的增大可以放寬對(duì)

4、徑厚比的限制。在長(zhǎng)細(xì)比為50時(shí)，徑厚比最好不要超過(guò)15；在長(zhǎng)細(xì)比為80時(shí)，徑厚比不要超過(guò)20；在長(zhǎng)細(xì)比為100，徑厚比不要超過(guò)25；一般情況下，沒(méi)有特殊需求，對(duì)于低屈服點(diǎn)（LYP100）圓鋼管支撐的徑厚比值建議不要超過(guò)30，否則很容易發(fā)生局部屈曲。
　?。?）采用基于性能的塑性設(shè)計(jì)對(duì)低屈服點(diǎn)中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震設(shè)計(jì)。利用預(yù)選的目標(biāo)側(cè)移和屈服機(jī)制作為性能極限狀態(tài)，根據(jù)能量相等原則，即當(dāng)結(jié)構(gòu)單調(diào)達(dá)到目標(biāo)側(cè)移所需作的功等于等效彈

5、塑性單自由度體系(EP-SDOF)達(dá)到相同狀態(tài)所需要的能量，來(lái)計(jì)算給定的地震水準(zhǔn)下的設(shè)計(jì)基底剪力。通過(guò)合理的層間剪力分布公式，計(jì)算出每一層的層間剪力。為了保守起見，假設(shè)樓層的層間剪力全部由低屈服點(diǎn)中心支撐承擔(dān)，并根據(jù)查閱的相關(guān)文獻(xiàn)，受壓支撐屈曲后的承載力取屈曲承載力的0.3倍。支撐處的橫梁由于受到人字形支撐集中力的作用，需要通過(guò)計(jì)算來(lái)進(jìn)行截面加強(qiáng)，框架柱暫時(shí)先用規(guī)范的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)SAP2000進(jìn)行驗(yàn)算。
　?。?）根據(jù)得

6、出的低屈服點(diǎn)鋼支撐最優(yōu)長(zhǎng)細(xì)比和徑厚比范圍，來(lái)設(shè)計(jì)低屈服點(diǎn)中心支撐的截面尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)采用人字形低屈服點(diǎn)圓鋼管中心支撐結(jié)構(gòu)，運(yùn)用SAP2000有限元軟件，設(shè)計(jì)出10層三跨的鋼框架-低屈服點(diǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)體系模型，再通過(guò)Pushover分析法和動(dòng)力時(shí)程分析方法對(duì)該設(shè)計(jì)的低屈服點(diǎn)中心支撐鋼框架抗震性能進(jìn)行評(píng)估，并把采用低屈服點(diǎn)中心支撐（LYP100）的結(jié)構(gòu)與普通中心支撐（Q345）結(jié)構(gòu)在不同等級(jí)地震荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)（如：中心支撐的屈服

7、、屈曲；框架梁和柱的屈服）、層間剪力、整體結(jié)構(gòu)的基底剪力、頂點(diǎn)位移和出現(xiàn)塑性鉸的先后順序進(jìn)行對(duì)比，以此評(píng)判各自結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)劣。在Pushover分析下，低屈服點(diǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)的橫梁出現(xiàn)的塑性鉸要稍晚于普通中心支撐結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明了低屈服點(diǎn)中心支撐參與了更多的耗能，導(dǎo)致橫梁參與的耗能較少，也就說(shuō)明了低屈服點(diǎn)結(jié)構(gòu)在大震作用下梁柱結(jié)構(gòu)更加不容易破壞。在多遇地震作用下，兩種結(jié)構(gòu)仍然處于彈性狀態(tài)，中心支撐都沒(méi)有進(jìn)入屈服階段，結(jié)構(gòu)都沒(méi)有耗能，相差基本

8、不大。但在罕遇地震作用下，低屈服點(diǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移的峰值和結(jié)構(gòu)的基底剪力基本上都要小于普通中心支撐結(jié)構(gòu)，再次說(shuō)明低屈服點(diǎn)中心支撐的良好抗震性能。
　?。?）為了能夠更加直觀地比較普通中心支撐結(jié)構(gòu)（BBF）和低屈服點(diǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)（LBBF）的耗能性能，通過(guò)ANSYS對(duì)所設(shè)計(jì)的兩個(gè)十層三跨中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了滯回耗能模擬，約束住梁處的平面外位移，在結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)施加循環(huán)往復(fù)荷載。通過(guò)對(duì)比分析結(jié)果可知，低屈服點(diǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)的滯回曲