多層薄柔鋼框架的抗震設(shè)計(jì).pdf

1、薄柔截面由于其較為開展、可以在截面面積一定時(shí)具有較厚實(shí)截面更大的抗彎承載能力和更好的整體穩(wěn)定性從而具有良好的經(jīng)濟(jì)性。本文所研究的對(duì)象薄柔鋼框架即應(yīng)用薄柔 H 型截面作為框架的梁柱截面。薄柔鋼框架帶來良好經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)也帶來了下列問題：由于板件寬厚比大，受力大的構(gòu)件部位易出現(xiàn)局部屈曲而無法形成塑性鉸。對(duì)結(jié)構(gòu)而言，局部屈曲導(dǎo)致結(jié)構(gòu)延性差、屈服承載力下降從而耗能能力弱等特點(diǎn)。由于這些特點(diǎn)，薄柔鋼框架被我國現(xiàn)行抗震規(guī)范排除在外：認(rèn)為抗震設(shè)防區(qū)不適

2、宜使用這類鋼框架。 隨著近幾年低多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的推廣，薄柔鋼框架由于輕質(zhì)高強(qiáng)較多地被應(yīng)用在此類建筑上。然而，現(xiàn)行抗震規(guī)范的規(guī)定給這類框架的應(yīng)用帶來了很多限制；同時(shí)，這類框架自身的弱點(diǎn)也威脅到了結(jié)構(gòu)的安全性能。為確保這類框架在抗震區(qū)使用的安全性，對(duì)這類框架的抗震性能進(jìn)行分析、提出這類框架的抗震設(shè)計(jì)方法是非常必要和緊迫的。本文研究就是對(duì)這個(gè)問題的探討。 本文先從薄柔截面的分析開始。首先，根據(jù)截面局部屈曲的特性，定義了屈曲鉸概

3、念。為了在更大范圍內(nèi)進(jìn)行研究，將塑性鉸歸類到屈曲鉸的一個(gè)類別；統(tǒng)一稱為屈曲鉸。應(yīng)用彈塑性靜力分析程序 JULIET 對(duì)五百多個(gè)構(gòu)件進(jìn)行了分析，每個(gè)構(gòu)件得到一條彎矩．轉(zhuǎn)角曲線。基于對(duì)眾多彎矩．轉(zhuǎn)角曲線的分析，將曲線根據(jù)截面參數(shù)(板件寬厚比、截面軸壓比)進(jìn)行分類并給出每一類曲線的擬合公式。分析用程序的可靠性通過構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果和商業(yè)有限元軟件分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。擬合公式的準(zhǔn)確性也利用分析值進(jìn)行了驗(yàn)證。最后編制了計(jì)算構(gòu)件屈曲鉸彎矩．轉(zhuǎn)角曲線的程序

4、，以方便后來薄柔鋼框架分析時(shí)使用。 隨后對(duì)薄柔鋼框架進(jìn)行了試驗(yàn)研究。為了盡量接近實(shí)際受力情況和實(shí)際邊界條件，試驗(yàn)框架為兩榀空間足尺二層鋼框架。豎向荷載通過千斤頂加至柱頂、一步加到位后保持整個(gè)試驗(yàn)過程中值不變；后通過電液伺服試驗(yàn)加載器施加循環(huán)往復(fù)逐級(jí)遞增的水平荷載于邊柱柱頂邊。在結(jié)構(gòu)頂端側(cè)移接近1/50結(jié)構(gòu)高度時(shí)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，加載停止，試驗(yàn)結(jié)束。接著對(duì)試驗(yàn)框架的破壞模式、梁柱連接節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛性、結(jié)構(gòu)的整體性能進(jìn)行了分析。節(jié)點(diǎn)區(qū)

5、剛性的分析結(jié)果為建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)節(jié)點(diǎn)剛性簡化提供了依據(jù)。整體結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為驗(yàn)證推覆分析方法的有效性提供了數(shù)據(jù)，還為以后薄柔鋼框架強(qiáng)度折減系數(shù)簡化計(jì)算公式的驗(yàn)證提供了素材。之后對(duì)多層薄柔鋼框架進(jìn)行了強(qiáng)度折減系數(shù)的分析。分析采用了推覆分析方法，共對(duì)四百多個(gè)鋼框架進(jìn)行了分析。每個(gè)鋼框架進(jìn)行兩次推覆分析：一次薄柔分析，利用屈曲鉸彎矩．轉(zhuǎn)角曲線的分析結(jié)果、考慮屈曲影響；另一次厚實(shí)分析，不考慮屈曲影響。根據(jù)每個(gè)框架的兩次推覆分析結(jié)果，得到該框架的強(qiáng)

6、度折減系數(shù)。強(qiáng)度折減系數(shù)的分析考慮了構(gòu)件薄柔性引起的結(jié)構(gòu)延性差和結(jié)構(gòu)承載力降低兩大影響。根據(jù)對(duì)眾多的框架結(jié)構(gòu)參數(shù)(包含構(gòu)件薄柔性參數(shù))、框架強(qiáng)度折減系數(shù)和框架破壞模式的分析，提出了隨結(jié)構(gòu)參數(shù)不同而不同的強(qiáng)度折減系數(shù)簡化計(jì)算公式：并將該公式值和推覆分析得的分析值進(jìn)行了比較。將公式和推覆方法應(yīng)用于試驗(yàn)框架，進(jìn)一步證實(shí)了公式的準(zhǔn)確性。另外，為方便工程設(shè)計(jì)初期應(yīng)用，給出了強(qiáng)度折減系數(shù)的近似取值。 最后提出了地震力調(diào)整系數(shù)的概念、給出了薄