自复位平面钢框架有限元分析对比.pdf

《自复位平面钢框架有限元分析对比.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第40卷第18期山西建筑Vo1．40No．18．38·2014年6月SHANXIARCHITECTUREJun．2014文章编号：1009-6825(2014)18-0038—02自复位平面钢框架有限元分析对比孙文龙赵微李瑞(北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044)摘要：利用有限元软件ABAQUS对两个采用普通刚接节点、自复位节点的单榀、两跨4层钢框架进行了弹塑性拟静力循环加载分析，对比分析了各框架每层的滞回性能及塑性变形特性，得出了自复位平面钢框架复位性能良好和塑性变形较小的结论。关键词：钢框架，有限元，设计中图分类号：TU391文献标识码：A传统钢结

2、构抗震设计理念主要是以部分构件产生塑性变形算为面荷载，取匣载9kN／m2(包括楼板结构自重)，活荷载2kN／rn2。为代价达到抗震要求，但是节点处产生塑性变形会导致结构残余量变形较大，使得结构无法在地震发生后立即投入使用或是震后修。。、复难度大大增加。因此人们提出一种新的结构体系——自复位誊、罾∞(Self-centering)结构体系。本文主要对文献[1]中的腹板摩擦耗、●●。謇能自复位节点与普通刚接节点，建立了平面框架进行有限元对比I．∞、l’’分析，计算过程中考虑了几何非线性和材料的非线性等因素，计8O008O0o800080oO算结果比较满意，为利用有限元

3、方法进一步对自复位钢结构进行，32)00深入研究提供相应的指导。1模型框架的设计图1原型结构平面布置图选取一4层钢框架办公楼作为原型。结构平面布置图见图为下一步试验研究作准备，选取原型结构平面图深色框图处1，外围框架设计为刚接是结构的主要抗侧力构件，中心框架梁设框架进行3／4比例缩尺建立有限元模型，有限元采用普通刚接节计为铰接只承担竖向荷载传递水平力，不作为抗侧力构件参与抗点、自复位节点建立单榀、两跨4层钢框架模型Frame1，Frame2，震。柱为箱形柱截面尺寸为400×400X30，梁截面为600×300X具体参数见表1。为进一步对框架进行拟静力试验研究，对模

4、型16X28。考虑建筑楼面做法及设备荷载，并将内隔墙自重等效折进行3／4比例缩尺，模型的具体尺寸以及索力等见表1。表1模型参数模型编号I节点类型l初始索力／kNJ螺栓规格梁截面柱截面f梁长／m首层高／m2层一4层层高／mFranae11普通I—l一450x25Ox14x20350x350×16x22163．1252925Frame2I自复位『186J6M20450x250x14x20。350x350×16x22I63．1252．9252有限元模型的建立要对试验结果加以处理。针对本次4层平面框架的有限元分析，相当于简化为4个自有限元模型采用实体单元c3D8R——八节

5、点六面体线性缩由度进行加载。4个自由度上的位移和反力分别为和P(i：减积分单元，预应力钢绞线采用桁架单元T3D3——三维三节点1，2，3，4)，而对于自由度来说，其位移和反力分别为d和，它们桁架单元J。之间的关系如下：3弹塑性拟静力循环加载分析d1=Dl=Pl+P2+尸]+尸4；3．1加载制度d2：D2一Dl：P2+P3+P4；对于多自由度的结构体系，地震作用常常近似的按照倒三角d3=D3一D2=P3+P4；形分布于结构上，所以各层加载位移由上到下也要按倒三角形分d4=D4一D3,f4=。布]。分析时加载方式按照AISC341—05规范要求，采用位移控在试验结果处

6、理时，分别绘制出di—关系曲线来研究结构制。选取每层边柱顶点采用一致层间位移控制加载。即在层间位的滞回性能。图2和图3分别给出了两个模型框架每层结构的恢移角为0．375％，0．5％，0．75％，1％，1．5％，2％和3％分别循环1次。复力滞回曲线以方便整体性能的分析。由图2可见，刚接框架3．2滞回曲线Frame1各层在层间位移角为0．O1rad时仍处于弹性状态，随着层框架的荷载一位移曲线反映了构件在往复荷载作用下受力间位移角的逐渐增大每层滞回曲线均呈现饱满的梭形。但在每性能的变化，它涵盖了结构的承载能力、刚度和延性等力学性能，级加载结束回到平衡位置时残余反力较大说

7、明结构产生了较大是结构抗震性能的综合反映。对于单自由度结构体系的拟静力的残余塑性变形。相比之下采用自复位节点的框架，2层一一4层加载，可以直接将单自由度上的变形和荷载数据绘制成滞回曲在最大层间位移角达到0．03rad时滞回曲线仍呈现良好的双旗线J。但是对于多自由度体系而言，由试验或者分析得到的结构帜形，表明两类自复位节点在框架中仍体现良好的自复位特性。各自由度的变形和荷载数据并不能直接绘制滞回曲线，这是因为首层由于柱底仍为普通刚接柱脚，虽然在层间位移角0．01rad之前对于多自由度体系，各自由度上的变形和荷载并不完全对应于结由于柱脚处于弹性状态滞回为双旗帜形，但在

8、层间位移角