强震作用下柱脚连接刚度对钢框架性能的影响

为研究强震作用下柱脚连接刚度对多层钢框架结构抗震性能的影响,利用有限元程序OpenSEES建立了一个4层3跨的钢框架模型,对两种柱脚连接(刚接和半刚接)分别进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比了结构整体响应、构件滞回曲线、塑性耗能分布等方面的特征。研究结果表明:对于本文所述结构采用半刚接时在罕遇地震下也是安全的,最大层间位移角沿高度的分布趋于均匀;柱脚连接为半刚接,即允许柱脚发生转动承担部分弯矩时,能够提高钢柱的塑性变形能力,防止钢柱底部发生局部屈曲和强度退化;同时整个结构具有更大的延性,地震作用下发生塑性变形和吸收能量的能力增强,使结构具有更大的耗能潜力来防止整个结构发生破坏。

考虑柱脚转动刚度的多层钢框架易损性分析

通过对多层钢框架进行增量动力分析,研究柱脚转动刚度、底层破坏模式以及钢柱宽厚比对多层钢框架抗震性能的影响,具体从结构倒塌储备系数、地震易损性以及结构局部响应考察各影响因素对结构抗震性能的影响。分析结果表明,当破坏模式由钢柱破坏控制时,随着钢柱宽厚比的增大结构抗震性能减弱,考虑柱脚刚度的半刚接柱脚钢框架地震易损性与刚接柱脚钢框架差别较小,当柱脚与柱刚度比为2.0时,框架地震易损性与刚接柱脚钢框架非常接近;当破坏模式由柱脚破坏控制时,可以明显降低钢柱宽厚比的要求。

多层钢框架抗震性能分析方法讨论

钢框架由于其延性具有很好的抗震能力,对于地震作用下的钢框架时程分析,建模分析的方法很重要,不当的建模方法会导致分析结果的不准确。采用非线性结构动力分析软件Open Sees对用于抗震分析的钢框架建模方法进行探索,分析梁柱连接的节点域和组合楼板对模拟结果的影响,最后发现梁柱连接的节点域对钢结构的抗震性能影响较大,在模拟的时候不容忽视。

设置带削弱段连接板的钢柱脚抗震性能有限元研究

在非线性分析平台OpenSEES上,根据设置带削弱段连接板的钢柱脚构造形式及受力特征,以模拟关键部件的力学特征为主,建立可反映柱脚节点在弯矩与轴向力耦合作用下受力性能的简化模型,并通过试验数据验证简化模型的有效性。在此基础上,以连接板削弱段的宽厚比和横截面面积,以及轴压比为参数,建立了9个有限元模型,研究柱脚节点的抗震性能和滞回特征。结果表明:柱脚节点的受弯承载力与连接板削弱段宽厚比无关;当连接板削弱段横截面面积扩大至原来的4倍时,受弯承载力提高至原来的2.3倍;当轴压比由0.2(轴压)变为-0.2(轴拉)时,受弯承载力降低了66.9%。柱脚节点的耗能能力受轴压比的影响较小;当连接板削弱段宽厚比减小为原来的一半时,耗能能力提高了23.5%;当连接板削弱段横截面面积增加为原来的4倍时,耗能能力提高至原来的4.2倍;柱脚节点的自复位能力与连接板削弱段宽厚比无关,与连接板削弱段横截面面积成反比,而与轴压比成正比。综上可知,在恒定的轴压比下,可通过减小连接板削弱段的宽厚比来提高柱脚节点的耗能能力,通过调整连接板削弱段的横截面面积平衡柱脚节点的耗能能力与自复位能力。