低屈服點圓鋼管中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究.pdf

1、低屈服點中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)具有較高的抗側(cè)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(zāi)害，起到防震減災(zāi)的作用。低屈服點中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)能夠使結(jié)構(gòu)在小震下處于彈性狀態(tài)，在中、大震下低屈服點支撐能夠很好耗能，從而有效地保護梁、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)用價值。本文通過查閱國內(nèi)外大量的相關(guān)文獻，對低屈服點中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)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(gòu)關(guān)系和相關(guān)的力學(xué)性能，然后通過理論計算來設(shè)計出不同徑厚比和長細(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(xì)比和徑厚比圓鋼管支撐的耗能性能和屈曲情況，為低屈服點鋼支撐的設(shè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)承載能力以及延性的影響，得出比較適合設(shè)計采用的低屈服點圓鋼管支撐長細(xì)比和徑厚比的范圍。研究發(fā)現(xiàn)支撐的長細(xì)比過大和過小均不好，支撐長細(xì)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(xì)比過小，支撐的剛度太大，對梁、柱的影響較大。因此，經(jīng)過研究分析，建議支撐的長細(xì)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(xì)比的增大可以放寬對

4、徑厚比的限制。在長細(xì)比為50時，徑厚比最好不要超過15；在長細(xì)比為80時，徑厚比不要超過20；在長細(xì)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。
　　（2）采用基于性能的塑性設(shè)計對低屈服點中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進行了抗震設(shè)計。利用預(yù)選的目標(biāo)側(cè)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(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，來計算給定的地震水準(zhǔn)下的設(shè)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(shè)樓層的層間剪力全部由低屈服點中心支撐承擔(dān)，并根據(jù)查閱的相關(guān)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(shè)計，然后通過SAP2000進行驗算。
　　（3）根據(jù)得

6、出的低屈服點鋼支撐最優(yōu)長細(xì)比和徑厚比范圍，來設(shè)計低屈服點中心支撐的截面尺寸，設(shè)計時采用人字形低屈服點圓鋼管中心支撐結(jié)構(gòu)，運用SAP2000有限元軟件，設(shè)計出10層三跨的鋼框架-低屈服點中心支撐結(jié)構(gòu)體系模型，再通過Pushover分析法和動力時程分析方法對該設(shè)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(jié)構(gòu)與普通中心支撐（Q345）結(jié)構(gòu)在不同等級地震荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)劣。在Pushover分析下，低屈服點中心支撐結(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)，這說明了低屈服點中心支撐參與了更多的耗能，導(dǎo)致橫梁參與的耗能較少，也就說明了低屈服點結(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)，中心支撐都沒有進入屈服階段，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的頂點位移的峰值和結(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(jié)構(gòu)（BBF）和低屈服點中心支撐結(jié)構(gòu)（LBBF）的耗能性能，通過ANSYS對所設(shè)計的兩個十層三跨中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)進行了滯回耗能模擬，約束住梁處的平面外位移，在結(jié)構(gòu)的頂點施加循環(huán)往復(fù)荷載。通過對比分析結(jié)果可知，低屈服點中心支撐結(jié)構(gòu)的滯回曲