低屈服點圓鋼管中心支撐鋼框架結構抗震性能研究.pdf

1、低屈服點中心支撐鋼框架結構具有較高的抗側剛度、強度和延性，同時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害，起到防震減災的作用。低屈服點中心支撐鋼框架結構能夠使結構在小震下處于彈性狀態(tài)，在中、大震下低屈服點支撐能夠很好耗能，從而有效地保護梁、柱主要構件不輕易破壞，具備預期的功能，擁有廣闊的工程應用價值。本文通過查閱國內外大量的相關文獻，對低屈服點中心支撐鋼框架結構進行了系統(tǒng)研究，主要的研究工作和成果如下：
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2、1）通過材料拉伸試驗得出低屈服點鋼（LYP100）的材料本構關系和相關的力學性能，然后通過理論計算來設計出不同徑厚比和長細比的圓鋼管支撐模型，利用ANSYS施加軸向循環(huán)往復荷載，研究了低屈服點圓鋼管支撐的滯回曲線、最大抗壓承載力特性，同時較系統(tǒng)地分析并歸納了不同長細比和徑厚比圓鋼管支撐的耗能性能和屈曲情況，為低屈服點鋼支撐的設計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構，通過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)，來比較不同參數(shù)下支撐對結構承載能力以及延性的影響，得出比較適合設計采用的低屈服點圓鋼管支撐長細比和徑厚比的范圍。研究發(fā)現(xiàn)支撐的長細比過大和過小均不好，支撐長細比過大雖然支撐的延性和滯回性能較好，但在支撐長度一定的情況下，支撐的承載力比較低；而支撐長細比過小，支撐的剛度太大，對梁、柱的影響較大。因此，經過研究分析，建議支撐的長細比取為80-120。同時，圓鋼管支撐的徑厚比不能太大，否則支撐會發(fā)生局部屈曲，但隨著長細比的增大可以放寬對

4、徑厚比的限制。在長細比為50時，徑厚比最好不要超過15；在長細比為80時，徑厚比不要超過20；在長細比為100，徑厚比不要超過25；一般情況下，沒有特殊需求，對于低屈服點（LYP100）圓鋼管支撐的徑厚比值建議不要超過30，否則很容易發(fā)生局部屈曲。
　?。?）采用基于性能的塑性設計對低屈服點中心支撐鋼框架結構進行了抗震設計。利用預選的目標側移和屈服機制作為性能極限狀態(tài)，根據(jù)能量相等原則，即當結構單調達到目標側移所需作的功等于等效彈

5、塑性單自由度體系(EP-SDOF)達到相同狀態(tài)所需要的能量，來計算給定的地震水準下的設計基底剪力。通過合理的層間剪力分布公式，計算出每一層的層間剪力。為了保守起見，假設樓層的層間剪力全部由低屈服點中心支撐承擔，并根據(jù)查閱的相關文獻，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，需要通過計算來進行截面加強，框架柱暫時先用規(guī)范的方法進行設計，然后通過SAP2000進行驗算。
　?。?）根據(jù)得

6、出的低屈服點鋼支撐最優(yōu)長細比和徑厚比范圍，來設計低屈服點中心支撐的截面尺寸，設計時采用人字形低屈服點圓鋼管中心支撐結構，運用SAP2000有限元軟件，設計出10層三跨的鋼框架-低屈服點中心支撐結構體系模型，再通過Pushover分析法和動力時程分析方法對該設計的低屈服點中心支撐鋼框架抗震性能進行評估，并把采用低屈服點中心支撐（LYP100）的結構與普通中心支撐（Q345）結構在不同等級地震荷載作用下結構構件的受力特點（如：中心支撐的屈服

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

8、不大。但在罕遇地震作用下，低屈服點中心支撐結構的頂點位移的峰值和結構的基底剪力基本上都要小于普通中心支撐結構，再次說明低屈服點中心支撐的良好抗震性能。
　　（4）為了能夠更加直觀地比較普通中心支撐結構（BBF）和低屈服點中心支撐結構（LBBF）的耗能性能，通過ANSYS對所設計的兩個十層三跨中心支撐鋼框架結構進行了滯回耗能模擬，約束住梁處的平面外位移，在結構的頂點施加循環(huán)往復荷載。通過對比分析結果可知，低屈服點中心支撐結構的滯回曲