框架_支撑钢结构抗震性能的有限元分析.
框架—BRB体系教学楼抗震性能分析
框架—BRB体系教学楼抗震性能分析柳晓博;孟凡涛;阮兴群;张玉明【摘要】框架结构抗震性能的改善程度是框架结构优化设计的重要内容,设置BRB 是改善框架结构抗震性能的重要途径.文章以高烈度区一栋BRB体系的框架结构教学楼为例,采用有限元软件ETABS建立三维弹塑性分析模型,并对其进行动力弹塑性分析,研究其结构的抗震性能.结果表明:罕遇地震下主体结构的弹塑性层间位移角＜1/50;主体结构框架梁柱出现的塑性铰的状态基本处于承载力不致严重降低的水平,主体结构的变形指标满足抗震性能的要求;BRB在罕遇地震下能有效发挥屈服耗能作用,其滞回曲线较为饱满,能够起到抑制结构在罕遇地震下变形的作用.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P33-38)【关键词】框架—BRB体系;抗震性能;动力弹塑性分析;罕遇地震【作者】柳晓博;孟凡涛;阮兴群;张玉明【作者单位】山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000【正文语种】中文【中图分类】TU318;TU3520 引言消能减震技术［1］是在结构的某些部位设置消能减震器，利用其耗散结构变形造成的振动能量，使得建筑结构在地震作用下的反应明显减弱的技术。
目前此项技术在美国、日本得到了广泛应用。
Constantinou等对设置阻尼器的结构进行了深入细致的分析［2］。
李爱群对国内外消能减震技术的应用进行了详细的介绍，对推动国内消能减震技术的发展起到了引领与推动作用［3］。
自 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》［4］中吸收消能减震技术以后，此项技术在国内取得了长足的发展。
JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》［5］的颁布实施，标志着国内消能减震技术的蓬勃发展和日趋完善［6－11］。
ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析
一、引言时程分析法是对结构动力方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法.时程分析法将地震波按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用直接积分法计算出结构在整个强震时域中的振动状态全过程，给出各个时刻各个杆件的内力和变形。
现已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。
二、有限元软件ABAQUS简介ABAQUS是美国ABAQUS公司（原名HKS公司．即Hibbitt，Karlsson＆Sorensen,INC．2005年被法国达索公司收购，2007年公司更名为SIMULIA）。
ABAQUS已成为国际上最先进的大型通用有限元力学分析软件之一.ABAQUS是一套功能强大的进行工程模拟的有限元软件。
其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题.ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形行为，可以进行结构的静态和动态分析，如应力、变形、振动、热传导以及对流等。
也可以模拟广泛的材料性能,如金属、橡胶、塑料、弹性泡沫等，而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料的层一起用于任何合适的分析类型。
三、模型建立与求解1、PartCreate Part：Name：Ban,3D，Deformable， Shell ,Planar，输入坐标创建一个18X9m的壳部件,作为混凝土楼板部件;Create Part：Name:Zhu，3D，Deformable， Wire ，Planar，输入坐标创建一个长3m线部件,作为柱部件；Create Part：Name：Liang，3D,Deformable， Wire ,Planar，输入坐标创建一个长6X3m，宽4。
5X2m的线网部件，作为梁网部件；2、 SectionCreate Material：Name：steel，General,Density 7800；Mechanical，Elasticity，Young’s Modulus 2。
钢结构框架梁柱节点性能分析
钢结构框架梁柱节点性能分析摘要：钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序，因此应优化梁柱节点的质量。
本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容，围绕有限元模型、载荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能，分析多种要素对于节点性能的影响，为优化节点质量提供参考意见，提升建筑工程整体质量，突出项目结构的抗震性能。
关键词：建筑工程；钢结构框架；梁柱节点前言：钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势，该模式在建筑工程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。
其中梁、柱节点是框架关键连接位置，其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。
因此，有必要深入分析钢结构框架梁柱节点的实际性能，实现构件和节点的标准化设计，优化节点性能。
1钢结构框架梁柱节点概述1.1刚性连接模式其一，全焊连接。
借助融透的方式焊接梁上下翼，通过双面胶焊接腹板。
上述连接模式对于焊接技术要求较高，若操作失误会导致应力集中，对施工结构受到影响。
其二，全栓焊接。
借助T型钢，使用高强螺栓连接梁翼和柱翼，不会产生三向应力和残余应力。
其三，混合连接。
该模式包含两方面内容：一方面是利用融透焊接梁上下翼，并通过大刚度角钢连接高强螺栓，借助剪力板连接柱翼和高强螺栓。
多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱，通过柱贯通方式连接框架柱和梁。
针对抗震部分，应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。
若属于非抗震区域，加劲肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2，满足板件的实际宽厚比值，防止连接节点受到破坏。
1.2柔性连接模式柔性连接又称为铰接连接，在梁侧无线位移，不过可以进行自由的转动。
该模式包含承托、端板以及角钢三方面。
其中，角钢主要连接柱和梁腹板，可以借助连接板替代角钢。
端板连接模式和角钢相同，但不可替代。
利用承托连接模式连接柱的腹板时，主要将厚板当作承托构件，防止柱腹板弯矩较大，确保偏心力矩传输至柱翼位置。
2钢结构框架梁柱节点性能研究2.1构建有限元模型本课题主要借助有限元软件，依据相关学者关于连接节点的研究内容，构建建筑工程中钢框架梁的非线性节点有限元模型，分析其中力学性能的差异性，为后续工程梁柱节点连接模式提供新思路[1]。
框架—偏心支撑结构的抗震分析
． 震下达到 “ 震不 坏 ， 小 中震 可修 ， 大震 不 倒 ” 的抗 震设 计 基 本 原 １ ３ 耗 能梁段 的计 算 耗 能梁段 的 ｅ 长度直接影 响到结 构是 剪切 型屈服型还是弯 曲 则… ， 是结构抗震者和设计者共 同追求 的理念 。
框架结构体系应用在钢结构 中是很 常见 的结 构形式 ， 点很 型屈服 型。因此耗能梁段 长度 的计 算至关重要 。 优 耗 能梁段 的塑性 抗剪承载力 和 分别按 下式 计算 ： 多， 诸如 ： 灵活的建筑 平面 布置 、 简单 的结构 造型 、 良好 的延性 等 等。但是如果想要结构达到 “ 小震 不坏 ， 中震 可修 ， 震不 倒” 大 的 抗震 设计基本原则 ， 须使 抗震结 构体 系设 置多重 抗震 防线 ， 免 避
在 中 间跨 。
本算例 中偏 心支撑设 置为 Ｋ形偏心支撑 ， 了使抗震性 能更 为
优越 ， 将耗能梁段设计为剪 切屈 服型 。根 据 １３节 中式 （ ）～式 ． １
ａ 单斜杆 式 ） ｂ Ｋ彤 ） ｃ倒 ｖ形 ） ｄ 倒 Ｙ形 ）
（） ３ 计算 得 ， 耗能梁段 的长度 ｅ＝１ ｍ。 本算例所处 地 区 的抗震 设 防 烈度 为 ８度 ， 建筑 场 地类 别 为 Ⅱ类 ， 设计地震分组为第 一组 ， 计基本 地震 加速度 为 ０ ２ ｇ 特 设 ．０ ， 征周期 ： ．５ｓ钢结构 的阻尼 比 ＝ ．２ ０ ２ ， ００ 。
框 架一偏 心 支 撑 结 构 的 抗 震 分 析
王 海
摘 要： 运用有限元分析软件 Ｓ Ｐ０ ０对一个 １ 的框架结构进行建模 ， Ａ ２０ ０层 得到两种不同的方案模 型 ， 并对这 两种方案分别
进行双向水平地震作用下的时程分析 ， 通过对结构动力特性结果进行 分析 ， 出偏心支撑抗震性能方面优 于中心支撑。 得 关键词 ： 偏心支撑 ， 抗震 ， 时程分析 中图分类号 ：Ｕ ７ ． Ｔ ３ ５４ 文献标 识码 ： Ａ
钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能分析
钢管混凝土异形柱将混凝土填充在钢管内，通过竖向钢板完成多个钢管混凝土柱之间的连接，并按照一定间隔用横向加劲肋板进行加固形成的[1]，其截面形状为不规则状态，例如T 型、L 型以及Z 型和混合型等。
钢管混凝土异形柱在建筑中应用性较好[2]，采用该异形柱作为建筑框架结构，施工后美观性较好，同时具有良好的承载性能[3]，可极大程度减轻结构自身重力；并且该类框架结构在施工和安装时，节能环保、施工效率较高[4]，能提升土地的使用效率，同时抗震性能和耐火性良好。
因此，钢管混凝土异形柱框架结构已在当下住宅建筑中广泛应用，例如工业厂房、多高层建筑以及超高层建筑等。
因为钢管混凝土异形柱框架结构是多个部分焊接、连接形成，在应用过程中，受到外力作用后，其力学变化情况较为复杂[5]；并且异形柱界面具有不规则的特殊性，用于建筑框架后的抗震性能尤为关键；该性能决定该类框架结构施工后，能否保证建筑在地震条件下的安全性[6]。
本文主要针对钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能展开相关分析，为该类框架结构的应用提供相关依据。
1钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能1.1钢管混凝土异形柱框架结构试件制备本文为分析钢管混凝土异形柱框架结构的抗震性能，设计3个钢管混凝土异形柱框架结构试件，该试件形状为H 型钢梁框架-人字形中心支撑结构，三个试件分别用S1、S2、S3表示，试件设计参数如表1所示。
表1设计参数详情支撑形式跨度/mm双人形2475按照表1的设计参数完成试件制备，制备时混凝土等级为C30，制备的框架中两主节点为外肋环板节点，异形柱中钢管的截面边长为78mm ，竖向连接板和异形柱高度一致，横向肋板尺寸为78mm×35mm×5mm 。
三种试件结构立面图相同，如图1所示。
制备的3种试件在轴心压力作用下，异型柱截面的受压承载力用N u 表示，其计算公式为：N u =m (f y A s +f c A c )（1）式中m 表示钢管混凝土异形柱中单肢柱的数量；f y 和f c 分别表示钢管屈服应力和混凝土抗压强度；A s 和A c 均表示截面面积，前者对应单肢柱钢管，后者对应混凝土。
V型偏心支撑钢框架结构抗震性能分析
心支撑 框架和 偏心 支撑框 架， ｅ为耗能梁 段长 度【。 １ ］
日 日 目
图
・ 中心偏 心 支 撑 ｂ Ｄ 信 心 支撑 ｃ Ｋ受儡 心 支撑 型 ｄ Ｖ型鲁 心 支 棒 ｅ Ｙ 儡 心支 撑 型
【 ｂ ｔ ｃ］ ｈ ｐ ｓｏ ｅｍｅ ｏ ｗ ｓ ｐ ｌ ｄｏ ｎ ｌ ｅ ｅ ｎｉ ａｔ ｕｋ ｐｒ ｒ ｎｅ ｏｔｅ ｔｌｅｃｎｒ ｂａｅ ｓ ｅ Ａ ｓｒ ｔＴ ｅ ｕｈ ｖｒ ｔ ｄ ａ ａｐｉ ｔａ ａ ｚ ｔ ａｔｅｒ ｑ ａ ｅ ｅ ｏｍａ ｃｓ ｆ Ｖｓ ｅ ｃｅｔｃ ｒｃｄ ｔ ｌ ａ ｈ ｅ ｙ ｈ － ｈ ｆ ｈ ｙ ｉ ｅ
性较 差， 在地震 作用下 ， 压杆 屈曲之 后 ， 个结构 的水 平刚 受 整 度及 承载力 会迅速 下降， 严重 时会导 致整个 结构 破坏 。 而偏 心支 撑具有 弹性 阶段 刚度接 近 中心支 撑框 架，弹 塑性 阶 的 延性和 耗能 能力 接近 于纯框 架的特 点 ，是一 种 良好 的抗 震 结构 。
ห้องสมุดไป่ตู้
状态 ， 因此会提 高结构 的延性 。 １中列举了 几种常 见的 中 图
１ 引 言
纯框 架结构 体 系虽然具 有 良好 的延性 、较强 的耗能 能 力， 是其抗侧 移刚 度比较 低， 但 如果 要获 得足 够的抗 侧 刚度 ， 则 梁柱的截 面尺 寸会过 大， 造成材 料的浪 费 。 为了提 高钢框 架的抗侧 刚度 ， 架 内常布 置 支撑 ， 框 支撑分 为 中心 支撑 和 偏
【 关键词】 型偏心支撑； ｖ 钢框架； 性能点； 耗能梁段 【 ｅ ｗｏｄ 】 ｔｌｅｃｎｒ ｂａｅｓ ｅｆ ｍｅｐｒ ｒ ａ ｃ ｐｉｔ ｉｋ ｅｍ Ｋ ｙ ｒｓ Ｖｓ ｅ ｃｅｔｃ ｒｃ ； ｅｌ ａ ；ｅ ｏ ｎ ｅ ｏ ；ｎ ｂａ ｙ ｉ ｔ ｒ ｆｍ ｎ ｌ 【 中图分类号】 ｕ３ ３５Ｔ ３ ． １ Ｔ ２ ．；Ｕ ５１ 【 文献标志码】 Ａ 【 文章编号】 ０ ７９ ６ （０ １０ －０ １０ １ ０－４ ７２ １） ３０ ５ ．３
高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构抗震性能与设计方法研究
。
02
复杂环境因素影响
地震作用是一个复杂的环境因素，涉及到多种不确定性因素，如地震强
度、震源深度、场地条件等，需要进一步深入研究这些因素对屈曲约束
支撑结构抗震性能的影响。
03
精细化设计方法
目前对于高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构的抗震设计方法尚不够精
细化，需要进一步发展基于性能的设计方法，考虑材料非线性、几何非
研究结果可以为高强度钢材钢 框架屈曲约束支撑结构的抗震 设计和应用提供理论依据和实 践指导。
同时，研究成果也可以为其他 类似结构的抗震设计和研究提 供参考和借鉴。
02
国内外研究现状及发展趋势
国内外研究现状
国内研究
国内对高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构的研究尚处于初 步阶段，主要集中在材料的力学性能、构造细节和设计方法 等方面。目前，国内的研究成果主要集中在一些学术论文和 专利中。
框架结构模型建立
模型设计
根据实际工程需求和试验条件，建立高强度钢材钢框架屈 曲约束支撑结构模型，考虑材料性能、几何非线性、支撑 类型和数量等因素。
几何非线性
考虑结构模型的几何非线性，如梁柱弯曲和剪切变形等， 以精确模拟结构的真实行为。
材料性能
考虑高强度钢材的力学性能，如弹性模量、屈服强度和抗 拉强度等，以及可能的材料缺陷和损伤。
优化算法选择及参数确定
优化算法
采用混合遗传算法和模拟退火算法进行优化。混合遗传算法结合了遗传算法和模 拟退火算法的优点，能够处理复杂的约束优化问题。模拟退火算法通过引入退火 过程，避免陷入局部最优解。
参数确定
包括群体大小、交叉概率、变异概率、退火温度等。通过试验和经验选择合适的 参数，以获得良好的优化效果。
有限元法——数值模拟
钢框架梁柱十字形节点抗震性能数值模拟与理论分析摘要：梁柱节点在钢框架结构中扮演着举足轻重的角色，因此研究钢框架节点的抗震性能具有重要的意义。
本文通过ABAQUS有限元分析软件对钢结构梁柱十字形节点进行了建模分析，考查了全焊接连接节点在地震波作用下的受力性能。
研究表明：全焊接连接节点具有较好的抗震性能。
关键词：钢框架结构；剪切变形；节点域模型；有限元；非线性分析NUMERICAL AND THEORETICAL ANAL YSIS ON SEISMICPERFORMANCEOF THE CROSS-TYPE JOINT OF STEEL STRUCTUREAbstract:The beam-column connections in steel frame structures play an important role. Therefore, studying the seismic performance of the connection in steel frame has a great significance. In order to investigate the seismic performance of the connection in steel frame, this paper presents the cross-type model using the software “ABAQUS”. The results show that the weld connection has a good performance in seismic behavior.Keywords: Steel Frame Structure; Shear Deformation; Panel Zone Model; Finite Element Method; Nonlinear Analysis0 前言有限单元法（或称有限元法）是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值分析计算方法。
ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析
ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析首先，我们需要建立结构的有限元模型。
钢框架结构主要由柱、梁、节点和连接件组成，我们需要根据实际情况进行建模。
在ABAQUS中，我们可以使用节点（节点）和单元（单元）建立结构模型。
其次，我们需要定义结构的材料特性。
在钢框架结构中，材料的弹性模量（E）和泊松比（ν）是两个重要参数。
根据实际材料的特性，我们可以在ABAQUS中定义这些参数。
接下来，我们需要定义结构的边界条件。
抗震仿真分析通常需要在地震力作用下进行，我们需要定义结构的固定支撑条件，以模拟垂直方向上的地震力。
在ABAQUS中，我们可以将结构的底部或其他特定地方固定支撑。
然后，我们需要定义地震载荷。
地震力通常由地震加速度谱表示，在ABAQUS中，我们可以通过载荷定义来输入这些数据。
根据地震保护设计准则，我们可以计算出地震力对结构的作用。
在进行抗震仿真分析之前，我们还需要进行网格划分和网格优化。
钢框架结构通常具有较高的刚度和复杂的形状，我们需要根据结构的实际情况进行网格划分，并使用ABAQUS的网格优化工具来确保网格质量。
最后，我们可以进行抗震仿真分析。
在此过程中，我们可以将地震载荷应用于结构，并模拟结构在地震力作用下的响应。
ABAQUS可以计算出结构的位移、应力和变形等参数，并可生成相应的结果报告。
总结起来，ABAQUS是一种强大的有限元分析工具，可以用于钢框架结构的抗震仿真分析。
通过建立模型、定义材料特性、边界条件和地震载荷，进行网格划分和网格优化，并进行仿真分析，我们可以获取结构在地震力作用下的响应情况，评估结构的抗震性能，并指导实际工程设计。
限制屈曲支撑(BRB)力学性能分析及其钢框架抗震性能微探
Equipment technology装备技术117限制屈曲支撑(BRB)力学性能分析及其钢框架抗震性能微探陈旭元（江苏工程职业技术学院建筑工程学院，江苏南通226300）中图分类号：K928 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）08-0117-01摘要：本文结合限制屈曲支撑（BRB）展开分析，在了解BRB力学性能特征的基础上，详细分析了基于BRB的钢架结构抗震性能。
从本文的研究结果可知，限制屈曲支撑（BRB）克服了普通支撑存在的易受压屈服的问题，在强震作用下可以保持着理想的稳定性，因此应该在更多地区做推广。
关键词：限制屈曲支撑；力学性能；钢框架；抗震性能0 前言地震是一种极具毁灭性的自然灾害，会造成建筑物的破坏与人员伤亡。
我国是地震多发国家，因此对建筑物的抗震设计成为相关人员关注的重点，目前从相关地区研究可以发现，限制屈曲支撑（BRB）具有更理想的延性结构性能，可以强化钢框架的抗震性能，因此值得关注。
1 限制屈曲支撑（BRB）力学性能分析1.1结构特征分析限制屈曲支撑作为一种新型能耗抗震，无论是受压还是受拉等都可以达到全截面屈服状态，最终有效解决了传统结构中存在的受压易屈曲的问题。
从力学性能来看，这种结构可以提供理想的抗侧刚度，即使遇到罕见地震，也能大量的吸收地震能量，最终保证结构的整体稳定性。
从构造上来看，限制屈曲支撑主要可以分为两个结构，分别为外围约束套管单元与内核芯杆单元等，在结构设计上，设计人员通过向两者之间填充一定数量的细石混凝土骨料、砂浆等，实现了外围约束套管对内核芯杆的约束，改善其受压屈曲问题。
同时在设计期间，通过在外围约束单元以及内核芯杆单元之间增设一层无粘结材料层，并预留一定的空隙，这种设计方法也有效改善外围约束套管的受力情况。
1.2限制屈曲支撑的稳定性研究从结构稳定性角度来看，造成屈曲或者失稳的主要原因，是因为结构所承受的压力造成了几何改变，最终造成丧失承载力的问题，此时无论结构的复杂与否，其受力过程都可以从结构荷载的变化情况予以分析，在了解整个荷载过程中结构的稳定性与强度变化之后，就可以对其力学特征做进一步研究。
负载下钢框架梁柱节点盖板法加固承载性能的有限元分析
塑性阶段的耗能能力所致"从而无法满足抗震设计 通过在梁端 形 成 塑 性 铰 耗 散 地 震 能 量 的 初 衷 *0 \>+ ( 而我国大量的钢结构建筑尚未经历过大震的检验" 同时目前我国对于梁柱节点的加固研究主要集中在 非负载情况下"对 于 负 载 下 梁 柱 节 点 的 加 固 研 究 还 很少"研究负载下 梁 柱 节 点 的 加 固 力 学 性 能 对 于 实
加载方式 循环加载 循环加载 循环加载 循环加载
66UTUdS; 中材料的真实应力 \应变关系按照下 630
图 86有限元模型 X(@W8 6 REI",#IL("(&II*IQI"&Q,#I*
6
$&( J 加 载 制 度 有限元分析时采用柱端固接边界条件"以模拟
实际的加载工况"本文将在梁自由端采用循环加载( 循环加载方式参照 aFa545,=>% 建筑抗震试验方法 规程& *58+ 相关规 定"采 用 位 移 控 制 加 载 方 式( 有 限 元分析同样利用位移控制加载方式"采用与试验一 样的加载制 度( 其 中";Z\5 试 件 加 载 时 每 级 位 移 增量 D h044"递增至 8D h344"循 环 3 次#此 后 每 级 位
$J有限元模型 $&$ J 节 点 构 造 及 几 何 参 数
为了能够使塑性区出现在梁端截面上"采用了抗 震设计 的 - 强 柱 弱 梁. 设 计 原 则"梁’柱 均 采 用 d809 焊 接 c 型 钢" 其 中" 柱 截 面 尺 寸 为 094 QQ i 394 QQi53 QQ i5> QQ"梁 为 044 QQ i594 QQ i 7 QQi53 QQ"经过验 算证明)梁 柱 节 点 板 件 的 宽 厚 比均满 足 FT94451,3448 % 钢 结 构 设 计 规 范 & *1+ 和 FT94455,3445% 建筑抗震设计规范& *7+ 的 要 求( 同 时"梁柱板件的翼缘和腹板之间焊缝采用全熔透坡口 焊"焊条为 :94 型"焊 缝 等 级 为 5 级"焊 接 孔 形 状 按 FT94455,3445 规定 设 计*7+ "腹 板 采 用 0 个 54/= 级 O30 高强螺栓连接"节点图形及加载装置见图 5(
基于有限元分析的建筑结构抗震性能研究
基于有限元分析的建筑结构抗震性能研究近年来，地震频繁发生，给建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。
为了确保建筑物在地震中的安全性，有限元分析成为了一种常用的研究手段。
本文将基于有限元分析，探讨建筑结构的抗震性能以及相应的研究方法。
一、有限元分析简介有限元分析是通过将实际结构离散成有限个单元，通过数值计算方法，求解每个单元的变形和应力，进而得到整个结构的力学性能。
在建筑结构的抗震性能研究中，有限元分析可以模拟结构在地震作用下的反应，以评估结构的稳定性和安全性。
二、建筑结构的抗震性能指标1. 刚度：结构的刚度是抗震性能的重要指标之一。
刚性越大，结构在地震中的变形越小，抗震性能越好。
有限元分析可以通过计算结构的刚度来评估其抗震性能。
2. 塑性变形：塑性变形是结构在地震荷载作用下出现的一种特殊变形形态。
结构的塑性变形能够吸收地震能量，减小动力响应。
有限元分析可以模拟结构的塑性变形过程，进一步了解结构的抗震性能。
3. 破坏模式：结构在地震中可能出现不同的破坏模式，如弯曲破坏、剪切破坏等。
有限元分析可以模拟不同的破坏模式，并评估结构在破坏前后的抗震性能。
三、有限元分析在建筑结构抗震性能研究中的应用1. 土木工程领域：有限元分析在土木工程领域中的应用广泛。
通过有限元模型，可以模拟不同类型的建筑结构，如钢筋混凝土框架、钢结构、混凝土结构等。
通过分析这些结构在地震中的响应，研究其抗震性能，从而指导工程实践。
2. 结构优化设计：有限元分析可以帮助工程师进行结构优化设计，提高结构的抗震性能。
通过调整结构的几何形状、材料特性或者支撑条件，可以使抗震性能得到改善。
有限元分析可以预测结构在不同条件下的响应，提供科学依据。
3. 风险评估和加固设计：借助于有限元分析，可以对已建成的建筑结构进行风险评估，识别潜在的安全隐患。
在确定结构的抗震性能不足时，可以通过有限元分析提供的定量数据，进行合理的加固设计。
四、有限元分析的局限性及发展方向1. 网格剖分：有限元分析的精度与网格剖分密切相关。
基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析
将分析结果与类似结构的研究进行对比，发现该结构的损伤情况和破坏机理与 已有研究基本一致。这进一步验证了基于性能的设计原则在钢筋混凝土框架结 构易损性分析中的有效性和可靠性。
结论
本次演示对基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性进行了分析，探讨了易 损性的评估因素、基于性能的设计原则以及实例分析和对比分析。通过有限元 模拟，分析了某实际钢筋混凝土框架结构在地震作用下的损伤情况和破坏机理， 并与其他已有研究进行了对比。结果表明，采用基于性能的设计原则可以有效 降低结构在地震作用下的损伤和破坏风险。
基于性能的钢筋混凝土框架结 构地震易损性分析
01 引言
03 参考内容
目录
02 易损性分析
引言
钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构形式，广泛应用于工业、商业和民 用建筑中。然而，地震作用对这种结构的影响不容忽视。在地震灾害发生时， 结构的易损性直接影响着人们的生命安全和财产损失。因此，对钢筋混凝土框 架结构的易损性进行分析和研究具有重要意义。
实例分析
以某实际钢筋混凝土框架结构为例，对其进行了易损性分析。通过有限元模拟， 考虑了多种地震作用和材料性能的影响。分析结果表明，该结构在地震作用下 的损伤主要发生在梁柱连接处和支撑部位。这主要是因为这些部位在地震作用 下容易产生应力集中和塑性变形。同时，还发现该结构的恢复力设计较为合理， 能够在地震作用后迅速恢复。
减灾策略
为了降低锈蚀钢筋混凝土结构的地震易损性，需要采取一系列的减灾策略。其 中包括：
1、增强结构的整体性和稳定性：例如，增加支撑和加强连接，以提高结构的 整体性和稳定性。
2、采取防护措施：例如，使用防护涂料或防腐剂来防止或延缓钢筋的锈蚀。
3、进行结构健康监测：通过实时监测结构的健康状况，及时发现并处理可能 出现的问题。
高层建筑偏心支撑钢框架抗震性能研究
Ｉ１班］ Ｉ 拦ｌ ２
高层建筑偏心支撑钢框架 抗震性 能研 究
文／ 马海新
’’… ’ ’ ’ ’ ’’ ’ ’ ’ ’ ０’ ’ ’ ’ ’ ’ 。’ ０ ‘ … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ●… … … … … … …
摘 要 ：偏 心支撑 钢框架是支撑偏 离梁柱 节点的钢结构框架 。偏 心支撑 框架 中，斜杆与 梁
交点至柱面的一段梁 ，或 同一跨 内相邻 两根斜杆与梁 交点之 间的一段 梁称为耗 能梁段 ．地 震作 用下 ，耗 能梁段将承 受很 大的均布剪 力、较 大的杆端 弯矩和较 小的轴 力。本 文阐述 了偏 心支撑
１偏心支撑钢框架概述
偏心支撑钢框架结构是 近２年 发展 Ｏ 起来 的一种新型抗震结构体 系 ，因其 钢 结构框架 中支撑偏离梁 、柱节 点 ，被称 为偏心支撑钢框架结构 。２ 世纪７ 年代 Ｏ Ｏ
２偏心支撑 的耗能原理
协调与钢框架共 同工作 ， 形成 双重抗侧
力结构体系 。
以来 ，以美 国加州大学伯 克利分校教授
取 为 １ ｍ。 ． ４
分Ｋ支撑ＥＦ Ｂ
ｌ ５
撑框架在 中间跨 中有一段耗能段 ，为使
１ 偏 心 支撑 框 架 ．
２ 中心 支 撑 框 架 ．
图５节点位移图
１ 一耗 能 粱段
图２偏心支撑框 架的受力分布
ｌ ２
从 图２ 中可知 ，耗能 梁段 在水平 力
－， 噬６
，
而支撑不屈服 ，结构 的非 弹性 变形可 以 控制。它具有耗能梁段 的偏 心支撑框架 兼有纯框架 和中心支撑框架的优点 。与 纯框架相 比 ，它具有更大 的抗侧移 刚度 和极 限承载力 ，它 良好的延性与纯框架 相 近 ，而梁截面相对较小 ，比较经 济 ；
ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析报告
ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析报告【摘要】本文使用ABAQUS软件对一幢钢框架结构进行了抗震仿真分析。
首先，建立了结构的有限元模型，并对其进行了网格划分。
然后，加载了地震波荷载，进行了静力分析和动力分析。
最后，通过比较结构的位移响应和内力分布，评估了结构的抗震性能。
结果表明，结构具有较好的抗震能力。
【关键词】ABAQUS；钢框架结构；抗震仿真；有限元模型；地震波荷载1.引言随着城市化进程的推进，建设规模越来越大的钢框架结构变得越来越普遍。
然而，地震是一个常见的自然灾害，在一些地区频繁发生。
因此，钢框架结构的抗震性能成为了设计的重要考虑因素。
为了评估钢框架结构的抗震性能，可以通过抗震仿真分析来模拟地震情况，得到结构的位移、应力等响应。
2.方法2.1建立有限元模型首先，根据结构的几何形状和材料性质，建立了合适的有限元模型。
钢框架结构主要由梁柱组成，因此可以使用梁单元和柱单元来建模。
在建立模型时，需要考虑结构的几何非线性和材料非线性。
2.2网格划分在建立有限元模型后，需要对结构进行网格划分。
合理的网格划分能够提高计算精度和计算效率。
一般来说，细小的单元可以更好地模拟结构的性能，但也会增加计算量，因此需要权衡。
3.分析3.1静力分析首先，按照建筑物受到的地震荷载大小进行静力分析。
静力分析是为了确定结构在地震荷载下的受力状态。
通过静力分析，可以获得结构的位移响应和内力分布。
3.2动力分析在静力分析的基础上，进行动力分析。
动力分析是为了模拟地震时结构的动态响应。
在动力分析中，需要加载地震波荷载，并设置一定的计算时间。
通过动力分析，可以获得结构在地震中的动态位移响应和内力分布。
4.结果与讨论通过比较静力分析和动力分析的结果，可以评估钢框架结构的抗震性能。
如果位移响应较小，内力分布均匀，说明结构具有较好的抗震能力。
反之，则说明结构抗震能力较差。
5.结论本文使用ABAQUS软件对一幢钢框架结构进行了抗震仿真分析。
蜂窝式钢框架结构抗震性能的有限元分析
蜂窝式钢框架结构抗震性能的有限元分析摘要：本文从实际工程应用需要出发，基于蜂窝式梁-柱钢框架结构的受力特点，采用ansys的参数化程序设计语言（apdl）编制命令流，对一榀两层两跨蜂窝式梁-柱钢框架在低周反复荷载作用下的受力性能进行非线性有限元全过程分析．关键词：蜂窝；低周反复水平荷载；有限元分析；耗能abstract: in this paper, based on the practical engineering needs, the honeycomb beam - column steel frame structure stress characteristic, this paper designs the language ( apdl ) compilation command stream using the ansys parametric, does the analysis of the nonlinear finite element whole process to the two layer two cross honeycomb beam - column steel frame under the low reversed cyclic loading performance.key words: honeycomb; horizontal low cyclic load; finite element analysis; energy consumption中图分类号：tu352.1+1 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）蜂窝构件是指用h型钢或普通热轧工字钢经切割再扩高焊接而成的空腹构件[1].与原型钢相比，蜂窝构件提高了截面的利用率，且自重轻，构造品种单一，防腐蚀性能好，运输方便，便于建筑管线的穿越[2].蜂窝框架是蜂窝梁和蜂窝柱采用栓焊或焊接的形式连接而组成的钢结构体系，蜂窝构件组成的框架具有自重轻和造型美观经济等优点，适合建造多层的楼房、无大型吊车的厂房和轻钢结构别墅等建筑[3]．从长远的眼光来看，综合考虑经济效益和社会效益，采用蜂窝式梁-柱钢框架的住宅钢结构体系能够与其他材料、结构形式的建筑体系竞争，有些方面甚至具有较大优势．蜂窝梁与蜂窝柱在实际工程中已有较为广泛的应用，但有关蜂窝式梁-柱钢框架结构的研究与应用还很罕见，特别是关于此类框架动力性能的研究更是几近空白．1ansys参数化程序设计语言ansys参数化程序设计语言（apdl）[4-5]实质上是由类似于fortran77的程序设计语言部分和1000多条ansys命令组成.从功能上讲，ansys命令包括定义几何模型、划分单元网格、材料定义、添加荷载和边界条件、控制和执行求解和后处理计算结果等指令.ansys强大的前后处理功能可为建立蜂窝式梁-柱钢框架结构有限元分析模型带来极大的方便.利用apdl编写出参数化的程序，可以实现有限元分析的全过程，即建立参数化的cad模型、网格划分与控制、材料定义、荷载和边界条件定义、分析控制和求解以及后处理.2有限元分析依据本文保证了蜂窝式梁-柱钢框架结构有限元模型的建模方法，约束条件，加载方式，计算控制完全和考虑腹板屈曲后强度的钢框架模拟时的设置一致，以此对蜂窝式梁-柱钢框架结构的抗震性能进行非线性有限元分析.3非线性有限元全过程分析3.1结构模型的建立框架模型尺寸，扩高比 (,为蜂窝构件高,为原型钢高)取1.5，梁柱所开孔洞均为正六边形孔，满足“蜂窝构件端部至第一个蜂窝孔的净跨距宜大于250mm”和“蜂窝孔孔距应不小于100mm”的构造要求[6-7].尺寸比例符合实际结构构件及节点的构造要求.为了消除柱顶施加竖向荷载时对顶层节点的转动所造成的约束，柱上端设计了高300mm的悬臂段.3.2结构模型荷载的施加模拟过程中，先加竖向荷载并稳定保持不变，按照轴压比的要求，边柱上加载367kn, 中柱上加载374kn，然后以框架弹性屈服位移（=35mm）的倍数分级施加水平反复位移荷载，直至框架的荷载-挠度曲线出现下降段，荷载下降到峰值荷载的85%，这时可以认为框架已经破坏.3.3破坏机制往复荷载在1.5△正向循环加载过程中，水平位移达到43.75mm 时，顶层左跨梁左端部蜂窝孔处截面翼缘应力值达到了屈服强度235mp，即出现塑性铰，水平位移达到52.5mm时，中柱柱脚处右侧翼缘应力值达到了屈服强度235mp，即出现塑性铰，，这充分说明模型框架属于梁铰破坏机制，体现了强柱弱梁的概念.模型最终破坏时，各柱柱脚蜂窝孔处截面均出现了严重的屈曲变形，其中左柱柱脚翼缘处应力值最大，可以说明破坏终止于此处发生屈曲变形；左跨顶层梁左端蜂窝孔处截面、右跨顶层及底层梁右端蜂窝孔处截面均出现了较为明显的屈曲变形，其余梁端蜂窝孔处截面应力值亦较大。
中心钢板剪力墙支撑钢框架抗震性能的有限元分析的开题报告
中心钢板剪力墙支撑钢框架抗震性能的有限元分析的开题报告一、选题背景与意义在建筑物抗震设计过程中，可以采用许多不同的结构形式，其中中心钢板剪力墙支撑钢框架结构是一种较为常用的形式。
该结构形式结合了钢框架和钢板剪力墙两种结构形式的优点，具有很好的抗震性能和经济性。
由于钢框架和钢板剪力墙在受力行为上具有较大的差异，因此中心钢板剪力墙支撑钢框架结构的受力特征也比较复杂。
因此，开展该结构的有限元分析研究，可以更深入地了解该结构的力学特性及其与抗震性能之间的关系，为其优化设计提供理论依据。
二、研究内容和目标本次论文主要研究中心钢板剪力墙支撑钢框架结构的抗震性能，具体包括以下内容：（1）建立中心钢板剪力墙支撑钢框架的有限元模型，分析其受力特性和刚度特征；（2）针对不同的地震作用，分析中心钢板剪力墙支撑钢框架的位移响应、变形分布和应力状态等；（3）通过有限元分析，探讨影响中心钢板剪力墙支撑钢框架抗震性能的因素，并提出相应的优化设计建议。
三、研究方法和步骤本次研究主要采用有限元分析方法，通过ANSYS软件建立中心钢板剪力墙支撑钢框架的三维有限元模型。
具体步骤如下：（1）建立中心钢板剪力墙支撑钢框架的三维CAD模型，导入到ANSYS中，进行网格划分和材料属性定义；（2）对中心钢板剪力墙支撑钢框架进行不同地震波作用下的动态分析，分析结构的动态特性和响应；（3）分析中心钢板剪力墙支撑钢框架在不同地震波作用下的变形、应力和位移等，并评估其抗震性能；（4）探讨影响中心钢板剪力墙支撑钢框架抗震性能的因素，并提出相应的优化设计建议。
四、预期成果和意义通过对中心钢板剪力墙支撑钢框架的有限元分析研究，可以深入了解该结构的力学特性和抗震性能，为其优化设计提供有力的理论支持。
预期的成果包括：（1）建立中心钢板剪力墙支撑钢框架的有限元模型，分析其受力特性和刚度特征；（2）分析中心钢板剪力墙支撑钢框架在不同地震波作用下的位移响应、变形分布和应力状态；（3）探讨影响中心钢板剪力墙支撑钢框架抗震性能的因素，并提出相应的优化设计建议。
钢框架梁端加强-螺栓全拼接节点的抗震性能有限元分析
１４ 梁 总转 角及 塑 性转 角 ． 梁 的塑性 转 角是评 价 节 点耗 能能 力 的重要 指 标 ，Ｅ Ｆ ＭＡ＿ 规 定 刚 性 连 接 试 件 在 破 坏 时 的 塑 性 １ ］ 转角 至 少达 到 ０ ０ ａ 。 ． ３ｒｄ 从 图 ５可 以看 出 ， 端 总转 角为０ ０ ９ｒｄ 塑 梁 ．５ ， ａ 性 转 角 为 ０ ０ ７ ｒｄ 塑 性 变 形 ‘ 总 变 形 的 ６ ． ． ３ ａ ， 占 ２ ７ 。其 中塑性 转 角 大 于 ０ ０ ａ ， 足 Ｆ ＭＡ¨ ％ ． ３ｒｄ 满 Ｅ ４ ］
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图 １ 试 件 有 限元 模 型
柱端面加贴盖板 ： 盖板厚 ８ｍ 上墨板楔形 ， ｍ， 下 盖板矩形 ， 柱端 面处 工 厂 焊接 短 粱 ， 度 ８０ 长 ５ ｍ 梁的拼接 采用全 栓连接 ， ｍ， 翼缘 用单 面拼 接
板 ， 接板 厚 １ 拼 ６ｍｍ
收 稿 日期 ： ０ ００ －１ ２ １ －８３ 作 者 简 介 ： 艳 霞 （９ ０ ） 女 ， 林 延 边 人 ， 张 １７ ． ， 吉 工学 硕 士 ， 教 授 ， 究 方 向 为 钢结 构 及 钢 一 昆凝 土 混 合结 构 抗 震 副 研
梁端 焊缝 均未屈 服 。
表 １ 梁端加强一 翼缘单盖板螺栓全拼接节点尺寸
± 十
’ 上 。
Ｈ型截面 ：５ ３０×３ ０×１ ５ ２×１ ； ９ 柱子 高度 ：００ ３０ ｍ ｍ ； 隔板 ： ２ ｍ 内 厚 ２ｍ
梁 粱截面 ： Ｎ ０ ２ ０×８×１ ， Ｈ ４ ０× ０ ３ 梁长度 ：８０ｍ １５ ｍ
展 。当层 问位移 角到 达 ０ ０ ａ ．３ｒｄ时 ， 翼缘 盖 板 梁
末端 开始屈 服 ；． ５ｒｄ时 ， ０ ０ ａ 梁翼 缘 的屈 曲部位 面
单斜杆型偏心支撑钢框架的地震反应分析
发展 起来 的一种 支 撑 结构 形 式 。偏 心支 撑钢 框 架 结 构相 对 于其 他 结构 体 系 的优 点是 ：在 小 震和 中震 作
用 下 刚度 大 ，在 罕 遇地 震 作用 下 具有 很 好 的延性 和
强， 适用于高烈度地震 区的一种有 效的抗 侧力结构体 系。 是 采 用 梁单元与壳单元相结合 的非线性有 限元模 型，对单斜杆 型
ＬＮＱｉ ＷＵＧａ ｇ Ｉ ｎ， ｎ
（ ｎｈｎ Ｉｓｔｔｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ ｎ ｈｎ Ａ ｃｉ ｃ ｒ Ｙａｃｅ ｇｎｔｕｅ ｆ ｅｈ ｏｏ ， ｃ ｅｇ ｒｈｔ ｔ ｅ ｉ ｇ Ｙａ ｅｕ
Ｄｓｎ ｅｉ ＆Ｒ ｓａｃ ＩｓｔｔＣ ，Ｔ ． ａ ｃｅｇ ２ ０ ０ Ｃ ｉａ ｇ ｅｅｒｈｎｔ ｅ ＯＬ Ｄ ， ｎｈ ｎ ２ ４ ０ ， ｈｎ） ｉ ｕ Ｙ
间就 形 成 了一 个 耗 能梁 段 ｅ 如 图 １ 示 ， 中标 有 ， 所 其
腹板 高厚比和加劲肋 间距 的变化对单斜杆型偏 心支撑钢框 架 结构抗震性能的影 响， 出了相应 的抗 震设计建议 。 提 【 关键 词】 关单斜杆型偏 心支撑 ； 能梁段 ； 耗 弹塑性时程分析
【 中图分类号】Ｔ ． Ｕ３ ３２ １ 【 文献标志码】 Ａ
一
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【 ｂ ｔ ｃ］ ｈ ａｅ ｅ ｎｔ ｔ ａ ｉ ｌ ｔ ｉｎ ｓ ｎ Ａ ｓｒ ｔＴ ｅ ｐ ｒ ｍｏ ｓ ａ ｓｈ ｔ ｇ ｅ ｓｃｓｆ ｅｓ ｄ ａ ｐ ｄ ｒ ｅ ｔ ｈ ｈ ａ ｉ ｔｆ ａ
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钢框架-支撑结构振动台试验的有限元分析模拟
表 ２模型在 Ｅ Ｅ Ｔ Ｏ波作 用下顶层绝对 ＬＣ ＮＲ 对加速度峰 值（ａ） 比较 ｇ１
表 ３模 型在迁安波作 用下顶层 绝对对加速度峰 ４ ｇ１￣比较 Ｋ（ ） ａｔ
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本 文 通 过 有 限 元 分 析 程 序 ＡＡＵ Ｂ Ｑ Ｓ对 足 尺 钢 框 架 一支 撑 结 构 弹性 、 塑 性 时 程 分 析 。 序 计 算 得 弹 程 到 结 构 在 中震 下 的 最 大 响 应 （ 括 包 楼 层 相 对 位 移 ，楼 层 绝 对 加 速 度 ， 楼 层剪 力与楼层 倾覆弯矩 数据）与试 验 实 测 结 果 基 本 吻合 。通 过 分 析 ， 表
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钢框架一 支撑结构振动台试验的有限元分析模拟
（、 阳建筑 大学 土木 工程 学院， 宁 沈阳 １ ０ ６ ２ 中国建筑 东北设计研究 院有 限公 司， １沈 辽 １１８ 、 辽宁 沈 阳 １０ ｏ ） １ｏ３
层 大尺寸 钢框架 一中心支 撑结 构振 动 台试 验 １ ｆ］ ２ １ 模型概况 框架层高为 ２ 总高 ６ ５ ｍ， ｍ， ． 平面尺寸为 ０ ２０ ０ 框架柱采用 Ｈ ０ ．４Ｘ２４ ｍ。 Ｗ１０×１０ ０ Ｈ型钢 ， 框 架 主 梁 采 用 ＨＭ１０×１０ 型 钢 ，次 梁 采 用 ５ ０Ｈ ＨＷＩ ０×５ Ｈ 型 钢 ， 向 人 字 形 钢 支 撑 为 方 钢 Ｏ ０ 侧 管４ ０×１ ， ． 其它钢支撑为 Ｌ ０×２角钢 ， ２ ５ 材料均 为 Ｑ３。 ２ ５ 梁柱连接节点为梁 的上下翼缘坡 Ｅ对 ｌ 焊， 腹板依靠螺栓连接抗剪 ， 框架 一中心支撑结 构柱脚通过基础粱与振动台相接。 模型总重 ７８ ． 吨 ， 中框架 自重 １８吨 ， 其 ． 配重 ６吨 ， 每层 ２吨。 ２ Ａ Ａ Ｓ分析软件及分析模 型 Ｂ ＱＵ ２１Ａ Ａ ＵＳ分析软件简介 ． ＢＱ Ａ Ａ Ｓ由美 国 Ｈ Ｂ ＱＵ ＫＳ公 司 开 发 ， 以其 优 异的非线性计算能力 以及 强大 的二次开发功能 而著称 ，并且具有丰富的单元 库和材料模型 。 它具有强大的工程计算 仿真模 拟能力 ，其解决 问题的范围从相对简单 的线性 分析到许 多复杂 的 非 线性 问 题 。 ２２ 材料本构 关系模 型 ． 钢材采用 ＡＢ Ｕ ＡＱ Ｓ软件 中提供等 向弹塑 性模 型 ， 满足 Ｖｏ ｓｓ屈服 准则 ， 种模 型 ｎ Ｍｉ ｅ 这 多用于模 拟金属 材料 的弹塑性性 能。用 连接给 定 数 据 点 的 一 系 列 直线 来 平 滑 地 逼 近 金 属 材 料 的应力一应变关 系。该模 型采 用任意多个点来 逼 近 实 际 的 材料 行 为 ， 因此 ， 非 常接 近 真 实 的 就 材 料 行 为 。 塑性 数 据将 材 料 的 真 实屈 服 应 力 定 义为真实塑性应 变的函数 ；分析 中采用 大变形 理论及双线性 随动强化 弹塑性模 型以及 考虑钢 支 撑 几 何 、 料 非 线性 ， 料 双 线 性 随 动 强 化 弹 材 材 塑 性 模 型 中 Ｅ＝ ．６ Ｘ１ ａ Ｅ＝ ．１ １ ｌ２０ ０ＭＰ ， ２０Ｏ Ｅ ， ｆ ２５ Ｐ ， ｙ ３ Ｍ ａ 泊松 比 ＝ －， ＝ ０ 结构 阻尼 比取实 验 ３ 测得值 ００ １ 同时考虑材料 的损伤和失 效。在 ． ； ２ Ａ Ａ ＵＳＥ ｐｉｉ中 建 立 的 模 型 。 Ｂ Ｑ ， ｘｌ ｔ ｒ ｃ ２３ 单 元类 型 的选 择 ． 模 型 中 的 钢 梁 、 柱 的剪 切 变 形 的影 响 非 钢 常重要但必 须考 虑； 同时避免结构 刚度过 大 ， 远 超 高实际结 构。因此采用三维二阶梁单元 Ｂ ２ ３ 是 比 较合 适 的 。 ３频率提取 根 据 中 国抗 震 规 范 Ｉ 定 ： 型 个 数 一 般 ３ ］ 规 振 可 以 取 振 型 参 与 质 量 得 到 总 质 量 ９ ％所 需 的 ０ 振型 。提取前 ３阶频率见表 ｌ 。 计算 得到 的前 ３阶振 型特 征分别 为 沿 ｘ 轴 方 向 平 移 、 Ｙ 轴 方 向 平 移 、 Ｚ轴 方 向 扭 沿 沿
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四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第 31卷第 6期2005年 12月收稿日期 :2004212206作者简介 :黄怡 (1980- , 女 , 上海人 , 硕士研究生 , 主要从事钢结构抗震性能研究。
框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析黄怡 , 王元清 , 石永久(清华大学土木工程系 , 清华大学结构和振动教育部重点实验室 , 北京100084摘要 :近年来 , 我国的大中城市相继出现了大批的中高层钢结构建筑。
框架—支撑结构体系作为中高层的一种结构形式被广泛采用。
本文运用大型通用有限元软件 ANSYS , , —支撑钢结构建筑进行了抗震性能的计算分析 , 分析包括模态分析、反应谱分析横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。
关键词 :支撑框架 ; 中图分类号 :文章编号 :1008-1933(2005 06-0140-041概述中高层建筑平面布置灵活 , 又可在一定程度上提高土地利用率 , 在大中城市发展迅速。
框架—支撑钢结构体系是中高层建筑运用最多的一种体系 , 它与纯钢框架结构相比有诸多优点 , 例如 :增加了整体刚度和抗侧力能力 , 减少了用钢量 , 梁、柱节点承受的弯矩小 , 构造相对简单等等[6]。
目前 , 对于中高层的动力方面研究已经较多 , 各种专业软件纷纷投入运用。
但是对于立面较不规则的建筑的地震分析 , 尤其是大震下的非线性时程分析还不是很成熟 , 若采用某些专业软件进行简化计算 , 由于用到的假定较多 , 其计算结果误差偏大 , 且对于局部构造的分析不够完全。
随着微机性能的不断提高 , 现在大型通用有限元软件用于土木行业 , 对结构的动力响应进行分析已经成为可能。
因此选用 ANSYS 作为计算软件 , 其瞬态分析使得多层、高层以及超高层的弹性 /弹塑性时程分析成为可能 [7]。
下面 , 结合一中高层框架—支撑钢结构的设计实例 , 用通用软件 ANSYS 对结构的动力特性及抗震性能进行分析。
2工程背景河北省廊坊市某综合服务中心为框架—支撑钢结构建筑 , 地上 8层 , 局部 9层 , 总高度 38m , 结构东西方向长 3814m , 南北方向宽 1612m 。
梁柱节点采用双向刚接 , 采用 Q345钢材。
荷载工况见表 1。
柱脚刚接。
其结构平、立面如图 1所示 , 支撑布置位置见图 1(a 平面图虚线位置。
表 1建筑荷载楼面屋面恒载 /(kN/m 2415015活载 /(kN/m 2210015地震Ⅲ类场地 ,8度抗震 , 按第 1组设计计算该结构在设计过程中已用 P KPM 软件进行静力和抗震性能分析 , 用 ANSYS 软件对静力性能进行校核。
根据 P KPM 软件设计得到的该结构主要的梁柱截面尺寸见表 2。
表 2主要截面尺寸/mm 楼层柱 (箱型主梁 (工型次梁 (工型支撑123456789350×350×18350×350×16350×350×14400×200×8×12350×200×8×102[20a现用 ANSYS 对结构的动力特性作进一步计算 [5], 包括模态分析、反应谱分析、弹性 /弹塑性时程分析 , 结构在地震作用下的横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。
3有限元建模及模态分析311单元选择根据结构的特点与要求 , 参考 ANSYS 的单元手册摘要 , 选择了 4个单元类型 , 分别为 beam 188(梁、柱 ,link 8(支撑 ,mass 21(质量块 ,shell 181(楼板。
建筑用钢材取初始屈服面满足 Mises 准则 , 流动规则为 Prantl — Ruses 规则。
简化地采用理想弹塑性材料模型。
041图 1结构平面及立面312有限元建模该结构立面不规则 , 质心和刚心不重合 , 结构的扭转振型不可忽略 , 因而采用三维有限元建模 , 按照实际工程的尺寸 , 采用分层建模的方式建模。
考虑高阶振型对结构的动力响应影响不大 , 网格划分不需要很密 , 这点和静力分析的网格划分有所区别。
模型规模 :节点数目 1099个、单元个数 2274个。
模型示意见图 2。
图 2三维整体模型313模态分析结构的低阶振型起到控制作用 , 对位移和内力贡献较大 , 本算例仅仅对低阶振型分析 , 忽略高阶振型的影响 , 提取前 10阶振型。
采用了分块 Lanczos 法。
其中起控制作用的前 5阶振型及与其他方法所得结果的比较见表 3。
ANSYS 计算周期比 P KPM 软件计算周期小 , 结构刚度大 , 这和整体参数以及支撑节点设定有关系 , 两者的前 5阶振型吻合得很好。
ANSYS 计算结果在经验公式和欧洲规范简化计算的范围内。
表 3结构自振周期振型ANSYS有限元P KPM 设计软件经验公式欧洲规范振型描述10. 8521. 1470. 72~1. 080. 77Y 向平动 +扭转20. 7951. 087--X +Y 方向平动 30. 6800. 784--扭转 40. 3570. 481--顶部结构扭转 50. 3210. 390--上 3层结构的扭转注 :(1 按照国内经验公式 [1], T 1=(0. 08~0. 12 N , 式中 N 为结构总层数 ;(2 按照欧洲规范 8[2],40m 以下的结构 , 可以采用简化计算公式T 1=C t H 3/4。
框支钢结构 C t 为 0105。
4地震响应分析 411反应谱分析按照现行《抗震设计规范》 [3], 多遇地震取地震影响系数 0116, 结构的阻尼比ζ为 01035, 场地的特征周期为 0145s 。
振型分解反应谱计算时 , 考虑三维结构的双向地震波输入 (由于跨度较小 , 可以忽略竖向地震作用 , 采用“ 平方和的平方根” (SRSS 遇合法则 , 取前 10阶振型参与计算。
相关计算结果见表 4,5。
表 4单向地震作用下反应谱计算结果项目基地剪力 /kN 剪重比/%顶点位移最大层间位移Δ/mm Δ/Hδ/mm δ/h 位置X 方向 1870. 67. 420. 4091/18033. 8661/1242底层 Y 方向1852. 37. 322. 1911/16585. 271/1328顶层141 2005No. 6黄怡 , 等 :框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析表 5双向地震作用下反应谱计算结果项目基地剪力 /kN 剪重比/%顶点位移最大层间位移Δ/mm Δ/Hδ/mm δ/h 位置X 方向 2082. 48. 222. 6931/16224. 291/1119底层 Y 方向2149. 18. 525. 6111/14375. 921/1182顶层412弹性时程分析本工程采用了多条地震谱计算时程分析计算 , 取具有代表性的 El 2centro波及阪神波进行说明分析。
8度多遇地震 , 采用地震加速度时程曲线的最大值为 70cm/s 2。
采用 ANSYS 瞬态模块 , mark 法 , =分参数[4]。
Rayleigh 阻尼 , 迭代求解方法选择 PCG方式。
对比弹性时程分析和反应谱分析计算得到的层间位移 (图 3 , 可以看到反应谱方法是多条地震记录以一定的安全度统计分析而得 , 在特定情况下 , 地震时程记录可能大于反应谱的计算。
图 3各楼层层间位移曲线从图 3观察结构侧移的变化规律 , 无论是时程反应还是反应谱分析 , 结构的整体都呈现出剪切变形的模式。
顶层鞭梢效应表现明显 , 受第 4阶振型(顶部结构局部侧移影响显著 , 对于顶部结构的建筑构造需予以重视。
413弹塑性响应的计算大震不倒是我国建筑设防目标 , 对结构进行 8度罕遇地震的时程分析 , 按抗震规范 , 取时程曲线的最大值 400cm/s 2。
在大震作用下 , 结构局部屈服 , 侧向位移见表 6, 满足规范要求的 1/50的层间位移角限值。
表 6大震下结构侧向位移项目顶点位移最大层间位移Δ/mm Δ/Hδ/mm δ/h 位置 X方向 138. 21/26631. 941/144底层 Y 方向161. 61/22742. 001/166顶层5支撑对结构的性能的影响 511支撑对地震影响系数的影响对比框架结构 , 支撑使得结构整体刚度加强 , 自振周期减小。
一般而言 , 中高层结构的自振周期在 018~2s 之间 , 位于反应谱 Tg ~5Tg 阶段 , 这一段的地震影响系数变化坡度大 , 受自振周期影响大。
如表 7所示 , 结构受到的底部剪力将是普通框架的 1141倍 , 增大了将近 34%。
表 7框架支撑1. 0. 852s 0. 6960. 980512支撑对水平位移的影响支撑可以有效地加大结构的整体刚度 , 减小结构在水平荷载作用下的水平位移 , 使得结构满足使用功能要求。
对于本工程 , 总用钢量为 376t , 其中支撑用钢量为 24t , 仅占结构用钢量的 613%, 但是对于水平位移影响显著 , 对比如图 4所示 , 充分体现了框架—支撑体系的优越性。
图 4各楼层水平位移对比513支撑对柱子内力的影响支撑可以承受很大一部分层剪力 , 通过反应谱分析 , 可以得到由柱子和支撑承受的底部剪力的比例 , 如表 8所示。
表 8构件分担底部剪力支撑承受水平荷载 /N柱子承受水平荷载 /N总水平荷载 /NX 方向 96827652%90232448%1870600Y 方向125980468%59249632%1852300从表 8可以看出 , 支撑的存在可以很大程度上减小柱子需要承受的剪应力 , 但是 , 支撑也会对柱子的轴力产生很大的影响 , 计算如表 9所示。
由计算可以看出 , 小震时由支撑引起的柱子的附加轴力的数量级约在几百 kN , 在大震时高达一千多 kN , 使得柱子提早屈服 , 需要引起足够的重视。
241四川建筑科学研究第 31卷表 9支撑引起的柱的附加内力X 方向Y 方向支撑最大轴力 N379kN (1729kN 423kN (1729kN支撑与水平的夹角α30°~50°sin α015~01766N ×s in α190~290kN(865~1324kN212~324kN (865~1324kN注 :括号前为小震作用下内力计算 , 括号内为大震作用下内力计算。
结构的东西方向 (X 方向的尺度大于南北方向 (Y 方向 , X 方向的刚度大、变型小 , 支撑发挥的作用相对较小 , 和表 9数据相符。
514支撑对结构整体抗震性能的影响力小 , 延性要差 , 在 El 2centro 波的作用下 , 底部剪力关系曲线分别如图 5所示。