多層薄柔鋼框架的抗震設計.pdf

1、薄柔截面由于其較為開展、可以在截面面積一定時具有較厚實截面更大的抗彎承載能力和更好的整體穩(wěn)定性從而具有良好的經(jīng)濟性。本文所研究的對象薄柔鋼框架即應用薄柔 H 型截面作為框架的梁柱截面。薄柔鋼框架帶來良好經(jīng)濟性的同時也帶來了下列問題：由于板件寬厚比大，受力大的構件部位易出現(xiàn)局部屈曲而無法形成塑性鉸。對結構而言，局部屈曲導致結構延性差、屈服承載力下降從而耗能能力弱等特點。由于這些特點，薄柔鋼框架被我國現(xiàn)行抗震規(guī)范排除在外：認為抗震設防區(qū)不適

2、宜使用這類鋼框架。 隨著近幾年低多層鋼結構住宅的推廣，薄柔鋼框架由于輕質高強較多地被應用在此類建筑上。然而，現(xiàn)行抗震規(guī)范的規(guī)定給這類框架的應用帶來了很多限制；同時，這類框架自身的弱點也威脅到了結構的安全性能。為確保這類框架在抗震區(qū)使用的安全性，對這類框架的抗震性能進行分析、提出這類框架的抗震設計方法是非常必要和緊迫的。本文研究就是對這個問題的探討。 本文先從薄柔截面的分析開始。首先，根據(jù)截面局部屈曲的特性，定義了屈曲鉸概

3、念。為了在更大范圍內進行研究，將塑性鉸歸類到屈曲鉸的一個類別；統(tǒng)一稱為屈曲鉸。應用彈塑性靜力分析程序 JULIET 對五百多個構件進行了分析，每個構件得到一條彎矩．轉角曲線?；趯Ρ姸鄰澗兀D角曲線的分析，將曲線根據(jù)截面參數(shù)(板件寬厚比、截面軸壓比)進行分類并給出每一類曲線的擬合公式。分析用程序的可靠性通過構件試驗結果和商業(yè)有限元軟件分析結果進行了驗證。擬合公式的準確性也利用分析值進行了驗證。最后編制了計算構件屈曲鉸彎矩．轉角曲線的程序

4、，以方便后來薄柔鋼框架分析時使用。 隨后對薄柔鋼框架進行了試驗研究。為了盡量接近實際受力情況和實際邊界條件，試驗框架為兩榀空間足尺二層鋼框架。豎向荷載通過千斤頂加至柱頂、一步加到位后保持整個試驗過程中值不變；后通過電液伺服試驗加載器施加循環(huán)往復逐級遞增的水平荷載于邊柱柱頂邊。在結構頂端側移接近1/50結構高度時，結構出現(xiàn)嚴重破壞，加載停止，試驗結束。接著對試驗框架的破壞模式、梁柱連接節(jié)點區(qū)的剛性、結構的整體性能進行了分析。節(jié)點區(qū)

5、剛性的分析結果為建立試驗模型時節(jié)點剛性簡化提供了依據(jù)。整體結構的試驗數(shù)據(jù)為驗證推覆分析方法的有效性提供了數(shù)據(jù)，還為以后薄柔鋼框架強度折減系數(shù)簡化計算公式的驗證提供了素材。之后對多層薄柔鋼框架進行了強度折減系數(shù)的分析。分析采用了推覆分析方法，共對四百多個鋼框架進行了分析。每個鋼框架進行兩次推覆分析：一次薄柔分析，利用屈曲鉸彎矩．轉角曲線的分析結果、考慮屈曲影響；另一次厚實分析，不考慮屈曲影響。根據(jù)每個框架的兩次推覆分析結果，得到該框架的強

6、度折減系數(shù)。強度折減系數(shù)的分析考慮了構件薄柔性引起的結構延性差和結構承載力降低兩大影響。根據(jù)對眾多的框架結構參數(shù)(包含構件薄柔性參數(shù))、框架強度折減系數(shù)和框架破壞模式的分析，提出了隨結構參數(shù)不同而不同的強度折減系數(shù)簡化計算公式：并將該公式值和推覆分析得的分析值進行了比較。將公式和推覆方法應用于試驗框架，進一步證實了公式的準確性。另外，為方便工程設計初期應用，給出了強度折減系數(shù)的近似取值。 最后提出了地震力調整系數(shù)的概念、給出了薄