强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素.pdf

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1、第27卷第2期苏州科技学院学报(工程技术版)Vo1．27No．22014年6月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Jun．2014强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素杭晓晨．顾强(苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：考虑不同地震动参数和结构参数，采用非线性动力分析方法，对3个不同层数的人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求的层间分布规律进行了研究。分析了加速度峰值、地震波持时、结

2、构阻尼比、切线模量、楼层数、支撑长细比等对结构层间滞回能需求的影响；为中心支撑钢框架基于能量的抗震设计方法研究提供了依据。关键词：人字形中心支撑钢框架；能量平衡；滞回能分布；动力非线性分析中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1672—0679(2014)02—0036—06中心支撑钢框架通常被认为是地震和风载作用下最有效的抗侧力体系．主要因为体系依靠完全的桁架作用将水平荷载传至地面，在弹性状态下抗侧力效果明显，具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度【”。该体系在侧向荷载作用下，剪力分担率在高度上是变化的。在结构

3、底部，支撑承担了绝大部分侧向荷载；在结构中上部，框架承担了大部分的侧向荷载。基于能量的结构抗震设计方法涉及了力和位移两个参数。同时还反映了地震持时的影响．是对现行抗震设计方法的革新，为目前的热点研究方向。本文从结构能量平衡方程出发，研究了结构参数和地震波参数变化对人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求层间分布规律的影响，为中心支撑钢框架基于能量的性态抗震设计方法研究提供依据。承受底部激励的多自由度体系相对能量方程圜fJlTfTfTfr。{}{)df+J。{}五}d￡+J。{五J{F())dJ。{)[M]{1}／／g(t)

4、dt(1)式中，嗍为结构的质量矩阵；[c】为结构阻尼矩阵；{F()J为结构恢复力列向量；{鲫、{J、}分别为质点的相对加速度、速度和位移列向量，以为地震波加速度。方程(1)左边第一项为动能，第二项为阻尼能，第三项为弹性应变iI~II滞回能。方程右边项为输入能。与结构设计有关的主要能量项是滞回能，滞回能的研究是能量分析方法研究的核心内容『31，得出滞回能需求沿结构高度的分布规律是提出基于能量抗震设计方法的前提。1算例设计了l0层、l5层和2O层3个人字形中心支撑钢框架结构算例进行耗能分析，3个算例的基本设计信息可参见文

5、献[4]。取带支撑榀框架建立平面分析模型，每个方向的地震力由两榀带支撑框架承担。质量源为结构总质量的1／2加上总重力荷载代表值的1／2，竖向荷载的受荷面积取本跨。利用ABAQUS／Standard软件对平面框架进行非线性动力分析，梁、柱及支撑均采用考虑剪切变形的B32梁单元，瑞利阻尼模型。采用大变形理论以及双线性随动强化本构关系来考虑结构的几何和材料非线性．其中材料双线型随动本构关系中，E=206000MPa，E2=0．02E。，泊松比=0．3。[收稿日期】2013—05—22【基金项目]国家自然科学基金项目(512

6、78320)【作者简介]杭晓晨(1987一)，男，江苏苏州人，硕士研究生。第2期杭晓晨，等：强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素37按照文献[5】的相关规定，按场地条件、特征周期和对规范Beta谱平台段及结构自振周期附近拟合的方法和多遇地震时程分析底部剪力满足反应谱计算要求选取地震记录，最终选取15条远场天然波和7条人工波，共22条地震波来分析10层结构；12条远场天然波和9条人工波，共21条地震波来分析15层结构；l1条远场天然波和6．条人工波，共17条地震波来分析20层结构。远场天然地震波汇总见表

7、1表1天然远场地震波汇总表2滞回能需求层间分布影响因素2．1加速度峰值影响对lO层、l5层、20层结构在表2所选地震波的三种加速度峰值作用下进行非线性时程分析，考虑加速度峰值对层间滞回耗能分布、支撑耗能占总耗能的比例及框架各构件滞回耗能比例的影响，计算结果见图1~2及表3。其中为层间滞回耗能；结构总滞回耗能。表2中Tr为远场天然地震波，Ar为人工地震波。表2各算例所选地震波列表算例名称远场地震波编号10层结构Tr1，Tr2，Tr3，n5，Tr6，At2，Ar4，Ar5，Ar8，Arl4，At35，Ar3715层结构T

8、rl，Tr3，，Tr8，Ar2，Ar4，Ar6，Ar8，Arl4，Ar32，Ar35，Ar36，Ar372O层结构Tr1，Tr3，Tr5，Tr6，At2，Ar4，Ar5，Ar8，Arl4，Arl5，Ar32，Ar35’=：=2~49a=-：e-=-：2篙94ga~兰萎E~／E~⋯．．．．⋯(a)10层结构(b)15层结构(c)20层结构(a)1