低屈服點(diǎn)耗能梁段偏心支撐抗震性能的研究.pdf

1、低屈服點(diǎn)鋼的力學(xué)特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度低且相對(duì)穩(wěn)定，屈強(qiáng)比較小，具有良好的抗低周疲勞性能，伸長(zhǎng)率大。其塑性變形能力較強(qiáng)，在進(jìn)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(guò)程中能吸收大量的能量。在地震載荷作用下，低屈服點(diǎn)鋼制作的耗能構(gòu)件能夠首先發(fā)生屈服進(jìn)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(hù)整個(gè)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(diǎn)，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(guò)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(jià)值。
　　本文對(duì)低

3、屈服點(diǎn)耗能梁段偏心支撐鋼框架抗震性能進(jìn)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(shí)，給出了K型低屈服點(diǎn)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(guò)偏心支撐的內(nèi)力分析，

4、給出了支撐軸力的近似計(jì)算公式。
　　(2)依據(jù)K型低屈服點(diǎn)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(duì)K型偏心支撐鋼框架基于屈服機(jī)理和能量法的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。依據(jù)該設(shè)計(jì)方法，給出K型低屈服點(diǎn)耗能梁段偏心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程。
　　(3)運(yùn)用有限元軟件ANSYS建立K型低屈服點(diǎn)耗能梁段偏心支撐鋼框架有限元模型，進(jìn)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(diǎn)耗能

5、梁段的長(zhǎng)度、低屈服點(diǎn)耗能梁段腹板厚度、低屈服點(diǎn)耗能梁段翼緣厚度、低屈服點(diǎn)耗能梁段加勁肋厚度及低屈服點(diǎn)耗能梁段加勁肋間隔這5類參數(shù)對(duì)低屈服點(diǎn)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(diǎn)耗能梁段偏心支撐鋼框架在工程設(shè)計(jì)中的建議。
　　(4)結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究和文獻(xiàn)，對(duì)耗能梁的剪切塑性鉸進(jìn)行了一些研究。針對(duì)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(guó)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(jì)算。
　　(5)基于相同的設(shè)計(jì)概況和地震力，設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jìn)行Pushover推覆分析，來(lái)對(duì)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(diǎn)耗能梁段進(jìn)入塑性狀態(tài)，其他構(gòu)件保持彈性