双槽钢耗能段偏心支撑框架耗能性能研究.pdf

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1、第28卷第2期苏州科技学院学报(工程技术版)Vo1．28No,22015年6月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Jun．2015双槽钢耗能段偏心支撑框架耗能性能研究齐益，赵宝成，赵书全(1．苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州215011；2．青海省建筑建材科学研究院，青海西宁810008)摘要：为了研究螺栓连接双槽钢耗能段K形偏心支撑钢框架的耗能性能，分析耗能段与横梁的连接构造对偏心支撑钢框架性能的影响，采用有限元分析软件ANSYS对l

2、1个不同连接构造的试件进行了有限元模拟计算。分析了螺栓直径、横梁加固板厚度和螺栓中心间距3个参数对K形偏心支撑钢框架的强度、刚度、变形和耗能性能的影响。析结果表明，连接节点螺栓受剪破坏为脆性破坏，螺栓孔承压破坏为延性破坏；连接节点承载力高，耗能段能充分发挥耗能能力，适当的螺栓孔承压变形会使节点提供结构一定的塑性变形，提高结构耗散的能量。关键词：耗能段；槽钢截面；偏心受力；螺栓连接中图分类号：TU392．4文献标识码：A文章编号：1672—0679(2015)02—0036—06《建筑抗震设计规范》规定『】1，耗能段截面的受剪承载力应满足其剪力设计

3、值，而为使偏心支撑框架仅在耗能段屈服．支撑斜杆、柱和非耗能粱段的内力设计值应根据耗能段屈服时的内力确定并考虑耗能段的实际有效超强系数，再根据各构件的承载力抗震调整系数，确定斜杆、柱和非耗能段的保持弹性所需的承载力。传统的偏心支撑框架，耗能段是框架梁的～部分，耗能段和框架梁的设计彼此间相互制约，不利于设计；为保证框架梁的承载能力，耗能段截面选取往往偏大，柱和支撑的承载力要求也会增大，导致结构的总成本增加。为了使耗能段设计更有效和方便耗能段震后的修复工作，提出在偏心支撑结构中采用可替换耗能段的方法弥补传统结构的不足。可替换耗能梁段从设计上能将耗能段从

4、结构体系中独立出来，解决耗能段和框架梁设计中相互制约问题，这样可以更有效地设计耗能段截面尺寸以满足规范要求。在结构施工过程中可以节省构件的装配时间，震后可以替换掉损坏的耗能段，解决修复上的困难[2]。国外主要通过试验研究验证可替换耗能段偏心支撑钢框架可行性和优越性『3卅。由于试验试件的数量有限，考虑的因素也就相对较少，对连接节点的构造研究较少。国内的学者研究了传统偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性等性能方面性能，对于偏心支撑钢框架中螺栓连接双槽钢耗能段的研究尚未见诸报道。文中研究双槽钢耗能段K形偏心支撑钢框架的耗能性能。l试件的设计为了研究在循环荷

5、载作用下螺栓连接双槽钢耗能段偏心支撑框架的耗能性能，以及分析耗能段与横梁的连接构造对偏心支撑钢框架性能的影响，设计了11个单层单跨K形偏心支撑框架试件进行分析。根据我国规范设计了15层K形偏心支撑框架结构Il'7]，试件中梁、柱、支撑的几何尺寸为结构底层构件尺寸『】_3]。通过SAP软件对l5层偏心支撑钢框架结构进行分析，得到底层耗能段的内力设计值，参照规范【1]进行双槽钢耗能段截面选取．得到连接节点的强度设计值，连接节点的承载力按极限强度法计算，且满足其强度设计值[2,8-1UJ。设计得到BASE试件．以BASE试件为基础．改变耗能段与横梁连接

6、节点的螺栓直径、加固板厚度、螺栓中心间距得到了3组参数试件分别定为BD系列、RP系列、RD系列。试件梁、柱、支撑为焊接H型钢，构件尺寸为：柱H650x600~35x40、支撑H300~250x8x12、梁H400~250~12x16，耗能段为焊接槽型钢314x80x6x12。试件的跨度6000mm、高度3600mm、支撑间距800mm、耗能段长度500mm．耗能段中间设置2个中间加劲肋其间距为123．3mm。钢材等级为Q235，螺栓强度等级为lO．9级。耗能段与横梁的连接构造如图1所示。3组参数试件如表1、表2、表3。[收稿日期]2014—04-

7、24【作者简介】齐益(1988一)，男，湖北黄冈人，硕士研究生。第2期齐益，等：双槽钢耗能段偏心支撑框架耗能性能研究37表1BD系列试件介绍图1BASE试件耗能段与梁连接节点2有限元分析2．1有限元模拟的基本过程耗能段和与耗能段相连的横梁采用实体单元SOLID185，螺栓采用实体单元SOLID95，其余构件采用梁单元BEAM189，螺栓与板件、孑L壁的面一面接触采用CONTA174单元和TARGE170单元，梁单元与实体单元的点一面绑定接触采用CONTA175单元和TARGE170单元，螺栓预拉力的施加采用PRETS179单元【“】。整个模型的单

8、元划分如图2。材料采用三折线随动强化模型，本构关系参照文献[6】与文献[12]进行定义，钢材的弹性模量E=206000MPa．强化模量为