考慮二階效應(yīng)的鋼框架抗震設(shè)計研究.pdf

1、近年來地殼運動活躍,地震已成為危害人類生命財產(chǎn)安全的最大的自然災害。如何提高結(jié)構(gòu)抗震性能,更好的實現(xiàn)抗震設(shè)防目標,改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方法一直是結(jié)構(gòu)工程科研關(guān)注的重點和熱點。鋼框架在低、多層建筑中應(yīng)用普遍,但該類結(jié)構(gòu)剛度較小,二階效應(yīng)成為影響其抗震性能的重要因素,尤其在中、大震下影響較為明顯,在工程設(shè)計中如何正確的考慮二階效應(yīng)是目前研究的熱點之一。
　　本文針對二階效應(yīng),對以下幾個方面內(nèi)容進行研究:國內(nèi)外關(guān)于二階效應(yīng)和抗震設(shè)計方法的最新研

2、究進展;鋼框架彈性抗震抗側(cè)需求剛度與彈性穩(wěn)定分類的相關(guān)關(guān)系;整體和初始缺陷對結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的影響;鋼框架彈塑性抗側(cè)剛度的影響因素;最后根據(jù)分析計算成果,給出考慮二階效應(yīng)的抗震設(shè)計建議和對策。具體研究內(nèi)容如下:
　　目前《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》是通過彈性穩(wěn)定來考慮結(jié)構(gòu)整體二階效應(yīng),采用該法在地震工況設(shè)計鋼框架時,存在物理意義不清晰,與抗震設(shè)計方法不匹配等問題?；诖?本文總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于鋼框架考慮二階效應(yīng)的抗震設(shè)計研究的最新進展以及目前國內(nèi)外

3、抗震設(shè)計方法,為研究提供相應(yīng)基礎(chǔ)。
　　依據(jù)軸力負剛度的概念,分析鋼框架彈性穩(wěn)定設(shè)計實質(zhì),并得出鋼框架彈性抗震設(shè)防需求剛度和彈性穩(wěn)定分類相關(guān)關(guān)系,探討分析鋼框架、支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度需求和計算長度系數(shù)等參數(shù)之間相互關(guān)系。研究得出:彈性抗震設(shè)防需求剛度可能大于靜力荷載穩(wěn)定需求剛度;根據(jù)分析結(jié)果,在目前設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，推導得出考慮層抗側(cè)剛度的弱支撐、純框架計算長度系數(shù)修正公式,以造粒塔為工程背景,給出該類異型鋼框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計

4、建議和方法,并應(yīng)用于陜西興平、廣西柳州、福建邵武等三地的化肥廠造粒塔建設(shè),加快了塔桅的建造速度,取得了良好的經(jīng)濟效果。
　　鋼框架結(jié)構(gòu)的初始缺陷和影響穩(wěn)定的因素主要有結(jié)構(gòu)整體初始側(cè)傾、構(gòu)件初始彎曲、殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)整體幾何P-Δ效應(yīng)。將Vogel標準框架作為有限元分析參數(shù)校正基礎(chǔ),對大量不同幾何、荷載參數(shù)的鋼框架進行數(shù)值模擬,包括不同軸壓比、不同層數(shù)、不同截面鋼柱和長細比的鋼框架。采用歸納法總結(jié)各個穩(wěn)定因素和初始缺陷對鋼框架結(jié)構(gòu)的抗

5、側(cè)能力影響,并研究鋼框架結(jié)構(gòu)在側(cè)向地震荷載下的塑性、位移、應(yīng)力狀態(tài)。最后得出:焊接H型、熱軋H型鋼、焊接箱型柱鋼框架的初始缺陷和重力下幾何大變形對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力影響均很小,只有殘余應(yīng)力影響相對較大。
　　在以上數(shù)值分析基礎(chǔ)之上，進一步研究鋼框架彈塑性抗側(cè)剛度和彈性穩(wěn)定系數(shù)取值的影響因素。研究得出:彈塑性抗側(cè)剛度和穩(wěn)定系數(shù)的最主要因素是鋼柱軸壓比,隨著軸壓比的增大,抗側(cè)剛度減小,即影響彈塑性抗側(cè)剛度的主要因素是材料非線性而非幾何大變

6、形;同時研究發(fā)現(xiàn),梁端約束剛度、非均勻荷載對彈塑性抗側(cè)剛度影響較小;隨著鋼柱長細比的減小,彈性穩(wěn)定系數(shù)的極限取值減小。
　　最后,在總結(jié)數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出考慮二階效應(yīng)的設(shè)計對策和建議。提出以地震力計算為基礎(chǔ)的鋼框架計算長度系數(shù)修正方法;相比結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定系數(shù),按層軸壓比控制結(jié)構(gòu)彈塑性抗側(cè)剛度更加合理;并給出支撐框架結(jié)構(gòu)的剪力分配設(shè)計建議;為考慮二階效應(yīng),分析了將高等分析應(yīng)用于鋼框架抗震設(shè)計的合理性,并給出加載模式和初步的評估