地震作用下鋼框架結(jié)構(gòu)的動力性狀研究

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1、地震作用下鋼框架結(jié)構(gòu)的動力性狀研究　　摘要：本文首先介紹了鋼框架結(jié)構(gòu)的特點和鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的抗震性能，然后分析了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性相互影響效應(yīng)，最后進行了鋼構(gòu)件延性分級研究。關(guān)鍵詞：地震作用；鋼框架結(jié)構(gòu)；動力性狀中圖分類號：TU391文獻標識碼：A1引言鋼材憑借其具有輕質(zhì)高強和良好的材料性能使得鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中逐漸成為最重要的結(jié)構(gòu)形式被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑中。近年來，國內(nèi)外發(fā)展高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼的趨勢主要有：降低碳含量、降低S、P含量、微合金化和控制軋制四種方式。采用上述幾種技術(shù)在明顯提高鋼材的可焊性、韌性和塑性同時還能夠保證鋼材的強度。業(yè)內(nèi)專家也指出，增強房屋建筑

2、的抗震設(shè)防能力的同時發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用的前提是應(yīng)加強高強度鋼的開發(fā)和生產(chǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展的同時依賴著鋼材料的性能的不斷提高。我國在90年代以前，鋼結(jié)構(gòu)在高層民用建筑中的應(yīng)用很少。各大、中城市的建設(shè)伴隨著我國在90年代之后年鋼產(chǎn)量的迅速提高，進入了快速發(fā)展的階段。9盡管鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因其造價低廉仍成為當(dāng)前各城市建設(shè)應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)形式；但隨著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造，安裝技術(shù)的改進，對多、高層建筑來說，二者在今后的差距必將日益縮小。因鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延展性，能將地震波的能耗抵消掉，同時鋼材基本屬于各向同性材料，抗拉、抗壓、抗剪強度均很高；同時鋼材具有良好的塑性性能，所以鋼結(jié)構(gòu)

3、也一直被認為是抗震性能最好的結(jié)構(gòu)形式之一。我國鋼結(jié)構(gòu)近年來的發(fā)展有如下幾個特點：輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展最快，大跨度鋼結(jié)構(gòu)在公共場館建筑中應(yīng)用廣泛，多、高層鋼結(jié)構(gòu)近年來發(fā)展迅速，同時鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑也在起步。地震是人類面臨的最嚴峻的自然災(zāi)害之一。每一次的強烈地震都會對社會財富造成極大的破壞，并帶來人員的重大傷亡損失，由于地震屬于自然災(zāi)害，即使做出了地震預(yù)報，避免人員的傷亡損失，但很難避免地震對建筑物造成的破壞，會極大影響人們的生活質(zhì)量，導(dǎo)致社會發(fā)展受挫和嚴重經(jīng)濟損失。所以，如何能夠有效的減輕和避免建筑物在地震作用下的破壞，是工程結(jié)構(gòu)抗震的重要研究課題。2鋼框架結(jié)構(gòu)的特點在土木結(jié)構(gòu)工程

4、中，目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼的強度高，塑性、韌性好，重量輕，工業(yè)化程度高，適宜在動力荷載下工作。因此，對于地震多發(fā)的我國來說，采用鋼結(jié)構(gòu)較為有利。鋼結(jié)構(gòu)和其他材料的結(jié)構(gòu)相比有如下的特點：9(1)建筑鋼材強度高，塑性韌性好強度高，適用于建筑跨度大、高度高、承載重的結(jié)構(gòu)。塑性好、韌性好適宜在動力荷載下工作。(2)鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材容重大，強度高，做成的結(jié)構(gòu)比較輕，可減輕基礎(chǔ)的負荷，降低地基、基礎(chǔ)的造價，同時還方便運輸和吊裝。(3)材質(zhì)均勻和力學(xué)計算的假定比較符合鋼材由于冶煉和軋制過程科學(xué)的控制，其組織比較均勻，接近各向同性，

5、為理想的彈性一塑性體。(4)鋼結(jié)構(gòu)的密封性較好鋼結(jié)構(gòu)的鋼材和連接的水密性和氣密性較好，適宜于做要求密閉的板殼結(jié)構(gòu)。(5)鋼結(jié)構(gòu)制作簡便，施工工期短鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般是在金屬結(jié)構(gòu)廠制作，施工機械化，準確度高和精度皆很高。3鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的抗震性能研究任何結(jié)構(gòu)體系都是構(gòu)件通過節(jié)點連接在一起形成結(jié)構(gòu)體來承受力的。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求“強節(jié)點弱構(gòu)件”，即指節(jié)點的承載力應(yīng)高于連接構(gòu)件，因節(jié)點失效意味著與之相連的梁與柱都失效。9對節(jié)點抗震性能的模擬采用的通常方法是施加反復(fù)荷載進行循環(huán)往復(fù)加載的方法，通過有限元模擬得到滯回曲線（即荷載-位移曲線，Hystereticcurve）對節(jié)點進行分析

6、，通過滯回曲線的飽滿程度，來判斷節(jié)點耗能能力的好壞。采用直接施加地震波加速度數(shù)據(jù)的方法，用與實際情況更為接近的方法模擬節(jié)點在地震作用下的受力情況。在分析過程中，對梁柱連接點的各部分構(gòu)件（包括梁的上下翼緣，上下蓋板，連接板及腹板）分別分析其等效應(yīng)力云圖和位移云圖。由于地震加速度數(shù)據(jù)的離散性，這種方法更直觀的分析各部分構(gòu)件在同一地震加速度下的應(yīng)力最大值區(qū)域及變形最大處。根據(jù)結(jié)果分析得到節(jié)點的薄弱區(qū)，并針對薄弱位置采取加強措施。鋼框架模型結(jié)構(gòu)中對梁柱節(jié)點采取剛性連接節(jié)點應(yīng)具有足夠的剛性，能使所連構(gòu)件間的夾角在達到承載力之前，實際夾角不變的接頭，連接的極限承載力不低于被連接構(gòu)件

7、的屈服承載力。結(jié)構(gòu)中的梁柱連接采用栓焊混合連接節(jié)點，即僅梁的上下翼緣采用坡口全熔透焊縫與柱相連，腹板用高強螺栓與柱連接。為防止主梁產(chǎn)生扭矩主次梁鏈接節(jié)點一般采取鉸接的連接方式。4鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性相互影響效應(yīng)9結(jié)構(gòu)在破壞前無明顯的塑性發(fā)展，我們稱之為脆性破壞；結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了較大的塑性發(fā)展階段后才破壞，我們稱之為延性破壞。結(jié)構(gòu)延性是衡量結(jié)構(gòu)承受塑性變形能力的重要指標，所以提高結(jié)構(gòu)延性能力的發(fā)揮是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中重要而有效的手段。結(jié)構(gòu)在脆性破壞情況下，延性和剛度往往決定著結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下的彈塑性反應(yīng)行為。結(jié)構(gòu)在地震中的延性發(fā)揮能力一直是抗震領(lǐng)域中