屈曲約束支撐鋼框架的地震反應(yīng)分析.pdf

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1、第37卷第34期山西建筑Vo1．37No．342011年12月SHANXIARCHITECIUREDec．2011·35·文章編號：1009—6825(2011)34—0035—03屈曲約束支撐鋼框架的地震反應(yīng)分析王德偉常彥錚摘要：應(yīng)用ANSYS軟件對屈曲約束支撐鋼框架(BRBFs)和普通支撐鋼框架的抗震性能進行有限元數(shù)值模擬，對比分析了這兩種體系大、小震的時程響應(yīng)，結(jié)果表明，在小震作用下兩種結(jié)構(gòu)抗震性能均表現(xiàn)良好，但在罕遇地震作用下普通支撐鋼框架剛度退化，而屈曲約束支撐鋼框架則能降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。關(guān)鍵詞：屈曲約束支撐，屈曲

2、約束支撐鋼框架，時程分析中圖分類號：TU398．2文獻標識碼：A0引言框架梁柱剛接，支撐與梁柱節(jié)點采用鉸接；梁、柱及普通支撐截面均選用H型鋼，鋼材屈服強度為235N／mm；樓面恒荷載取鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強，抗震性能好。純鋼框架側(cè)向剛度較差，往4．5kN／m，活載為2．5kN／m；彈性最大層間位移角限值1／300，往需要較大的梁、柱截面才能滿足要求，中心支撐鋼框架的支撐塑性最大層間位移角為1／50，結(jié)構(gòu)立面如圖1所示。在強震作用下易發(fā)生屈曲失穩(wěn)，造成其抗震能力急劇下降，偏心支撐鋼框架的支撐在一定程度上解決了上述結(jié)構(gòu)體系中存在的／＼／＼

3、／＼／＼問題，但在強震下仍有支撐屈曲、拉壓滯回性能不對稱等問題。／＼／＼為了改善支撐的受力性能，使其在地震作用時不發(fā)生屈曲，屈曲／＼／＼約束支撐鋼框架(BRBFs)體系應(yīng)運而生。這種體系在發(fā)達國家／＼／＼／＼／＼已被大量采用，國內(nèi)的應(yīng)用研究正在不斷發(fā)展中。本文主要將／＼／＼BRBFs結(jié)構(gòu)體系與普通中心支撐鋼框架進行對比探討分析。工／＼／＼卜__11結(jié)構(gòu)計算模型a)普通史撐鋼框架b)屈曲約束支撐鋼框架1．1屈曲約束支撐鋼框架設(shè)計方法及原則圈1結(jié)構(gòu)立面簡圖本文屈曲支撐鋼框架模型基于抗側(cè)剛度比的方法進行設(shè)計。根據(jù)框架承擔(dān)豎向荷載及部

4、分水平荷載，框架梁柱截面尺寸在屈曲約束支撐鋼框架的設(shè)計中，要保證支撐能夠充分發(fā)揮見表2。其性能：1)要求支撐要先于框架部分屈服，進行耗能，減少傳遞到表2構(gòu)件截面尺寸框架部分的能量，對框架起到保護作用；2)合理把握支撐的截面構(gòu)件樓層／層截面1—4H400×30o×12×20面積，如果增大支撐的截面面積，則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度也隨之增大，柱5～8H400×3o0×10×18水平荷載不變的情況下，框架的側(cè)移將隨之減小，但是剛度增大粱l～8H350×30o×10×16同時會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)受到的地震作用增強。因此支撐與框架的取抗側(cè)剛度比k=2，

5、根據(jù)式(3)可計算支撐內(nèi)核面積A。剛度之間的匹配程度對整個結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)有著重要影響。A=h／2EsinOcosz0(3)支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比表達式如下：計算屈曲約束支撐面積如表3所示。k=／(1)表3各層屈曲約束支撐面積其中，k為整個支撐框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比；為應(yīng)用D值法樓層／層lI2～45～8確定的框架部分的抗側(cè)剛度；K為支撐提供的彈性水平抗側(cè)剛度。j(6／N·m一1103700666．749881333．34488824074，，[2EAsinOeosO／h(人字形支撐)?A／mmI3493．11l676．4316

6、40．85一IEAsinOcosO／h(單斜支撐)、普通支撐鋼框架的支撐截面根據(jù)屈曲約束支撐等效軸力得其中，0為屈曲支撐的傾角；^為柱高。到，其各層截面如表4所示。抗側(cè)剛度比k對結(jié)構(gòu)性能的影響，已有一定的研究成果，文表4各層普通支撐截面獻[1]提出：“對于彈塑性時程分析，按照大震不倒的要求，確定kl樓層／層I1—4I2—8{的合理取值范圍介于0．5與2之間。”1支撐截面lH250×150×6×8fH200×100×6×8J1．2計算模型設(shè)計1．3有限元模型根據(jù)屈曲支撐鋼框架的設(shè)計原則及步驟，設(shè)計8層3跨平面普通支撐鋼框架梁、柱

7、、支撐及屈曲約束支撐鋼框架的梁、柱人字形屈曲支撐鋼框架，根據(jù)我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》?設(shè)計普均選用Beam189單元模擬，Beam189是二次3．D梁單元，每個節(jié)通中心支撐鋼框架。假定建筑場地信息，如表1所示。點有6個～7個自由度J。對支撐桿件施加初始彎曲來模擬普通表1建筑場地信息支撐在地震作用下先發(fā)生屈曲而退出工作。屈曲約束支撐采用抗震設(shè)防烈度l設(shè)計地震分組1場地土類剮}地面粗糙度類剮Link8單元模擬，這個三維的桿元素每個節(jié)點上有3個自由度：，Y8度I第一組lⅡlB類和z方向的位移，只考慮單軸的拉壓，不考慮彎曲屈曲，是一種

8、能收稿日期：201l一07一l5作者簡介：王德偉(1972-)，男，高級工程師，陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院，陜西西安710048常彥錚(1985．)，男，助理工程師，陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院，陜西西安71004836·第20371卷1年第1342期月山西建筑·用于模擬于桁架，桿