基于套建增层的单跨双层钢框架滞回性能分析与设计.pdf

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1、东北石油大学学报第38卷第5期2014年10月JOURNALOFN0RTHEASTPETROI，EUMUNIVERSITYVo1．38No．5Oct．2O14基于套建增层的单跨双层钢框架滞回性能分析与设计计静，李冰。，戴建国。，张文福。，刘迎春。，邢菲。(1．黑龙江省防灾减灾工程与防护工程高校重点实验室，黑龙江大庆163318；2．香港理工大学土木与结构工程系，香港九龙红碱；3．东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：为研究基于套建增层的单跨双层钢框架的抗震性能，以长细比、轴压比及加载位置为参数，设计18组单跨双层钢框架体系；基于简化的力学模

2、型和材料的本构关系，利用ABAQUS有限元软件建立有限元模型，开展框架结构在单调水平荷载作用下的静力分析，通过仿真分析与单跨双层钢框架试验结果对比，两者吻合较好，验证有限元模型建立的合理性；开展18组单跨双层钢框架非线性滞回分析，提取并比较荷载位移滞回曲线、包络图和骨架曲线，基于能量等效法计算结构的延性因数，考察结构体系的塑性铰出现时间及分布规律；给出钢框架在大跨、重载和套建增层工程中的设计建议．结果表明：单跨双层钢框架结构滞回曲线饱满，塑性、耗能及延性性能较好，形成强柱弱梁的塑性铰机制，为在抗震区新建和既有建筑改造提供技术支撑．关键词：套建增层；钢框架；滞回性

3、能；塑性铰；设计建议中图分类号：TU324．5文献标识码：A文章编号：2095—4107(2014)05—0111—100引言既有建筑增层改造已经成为土木界关注的热点问题l_l]，可以在不中断建筑使用功能的同时完成新旧建筑的更替，施工周期短且造价低，因此既有建筑增层改造在老城区改造中的应用越来越广泛_5]．目前，增层改造包括协同式增层改造和分离式增层改造，许多低矮的早期建设的砖混结构房屋已经出现破损，对于这类房屋多采用分离式增层改造，增层荷载全部由新建结构承担．钢结构因具有材料强度高、自重轻、塑性性能好及布局灵活等优点而被广泛应用于套建增层结构中，可以实现施工阶

4、段结构自承重．单跨钢框架结构侧向刚度较小，需要考虑二阶效应对结构的影响，当遭遇地震时，较大的侧向位移容易引起结构构件的破坏，因此开展适用于套建增层的单跨钢框架结构的力学性能分析是十分必要的．舒兴平等通过静力试验，研究2组单跨双层钢框架和2组双跨双层钢框架的极限承载力，给出4组试验在单调水平荷载作用下的荷载一位移曲线，试验结果与理论分析结果一致，表明钢框架结构要产生较大变形后才能达到极限承载力；对于有侧移的钢框架，在小变形范围内一般不超过极限承载力_】．刘永华等分析钢框架结构稳定性和极限承载力的主要影响因素，为钢结构的整体分析与设计提供理论依据_1．彭观寿等研究具

5、有布置支撑的钢框架结构，结果表明对于不同类型的支撑方式，支撑沿竖向集中布置于中间跨的结构比布置于边跨或者其他跨的结构具有更好的抗侧刚度；对于相同类型的支撑方式，人字形支撑框架的抗侧刚度好于单斜杆支撑框架的_1．笔者采用ABAQUS有限元软件，建立18组工字形截面的单跨双层钢框架结构有限元模型，以长细比、轴压比和不同加载位置为参数分析钢框架开展滞回性能的影响，考察钢框架结构在轴力作用下的二阶效应，提出对实际套建增层工程有可操作性的设计建议，为钢结构体系在既有建筑增层改造中的应用提供技术支撑．收稿日期：2014—07—07：编辑：任志平基金项目：教育部高等学校博士学

6、科点专项科研基金项目(新教师类：20122322120004)；黑龙江省自然科学基金面上项目(E201336)国家自然科学基金项目(5i178087)作者简介：计静(1977一)，男，博士，教授，主要从事土木结构工程抗震方面的研究．·l11·东北石油大学学报第38卷2014年KKKKKK—KKKKKK222222—333333上试仟议计为研究节点混合连接的单跨双层钢框架的滞回性能，以框架柱的长细比A、轴压比n。及加载位置为2参数，设计18组不同参数的单跨双层钢框架体系，框架柱计算2长度系数根据《钢结构设计规范》[1有侧移O框架柱的计算长度系数确定．框架结构层高均

7、为3．31-12，跨度均O为4．8m，试件尺寸及参数见表1．框架几m何外形见图1．在梁柱腹板上按照构造要求布置横向加劲肋，在m柱根处布置竖向加劲肋，确保结构发生整×2体变形，避免发生局部失稳破坏．00O表1试件尺寸及参数mTable1Thesizesandparametersomfspecimens×80mm×100mml如鼬2诣2l层柱330320．omm×130．0nlnl×9．5mm×15．0mlTl12层柱235注：以Kj1—2—3为例，其中Kj代表框架；1为第一组框架；2为加载层数；3为轴压比2有限元模型2．1力学计算模型框架体系能够确保平面外的安全稳

8、定，因此可以简化为二维杆