基于混合模拟的连柱钢框架抗火性能分析

采用混合模拟方法,以三层平面连柱钢框架为研究对象,针对底层中柱受火工况,分别进行实体单元整体框架、多尺度整体框架、多尺度混合模拟整体框架、传统受火单柱的抗火性能分析,对比不同模型的耐火极限、轴向变形、轴力和侧向变形。结果表明:传统受火柱缺少约束效应,导致耐火极限偏小,其轴向变形后期变形速率较快,较大侧向变形发生较早,结果偏于保守;多尺度混合模拟结果与实体单元整体结构较为吻合,在保证精度的前提下可提高效率。本文结论验证了混合模拟方法用于整体结构抗火分析的可行性,也为结构抗火性能分析提供了一种新手段。

节点连接形式对连柱钢框架子结构抗震性能影响分析

连柱钢框架体系是一种双重抗侧力无支撑框架结构,为了研究梁柱节点连接形式对连柱钢框架体系抗震性能的影响,本文采用ABAQUS有限元分析软件建立了梁柱节点焊接连接(FJ1)和腹板螺栓连接(FJ2)两种节点连接形式的连柱钢框架子结构有限元分析模型,并通过改变耗能连梁长度得到了两组试件各自的破坏模式、节点刚度、滞回曲线、骨架曲线等性能指标,对比分析了不同节点连接形式对子结构抗震性能的影响。分析结果表明:不同节点连接形式下,连柱钢框架子结构均具有良好的屈服时序和耗能能力,塑性变形均主要集中在耗能连梁上;梁柱节点仅腹板采用螺栓连接时,节点刚度、结构抗侧刚度均比梁柱节点采用焊接时小,梁柱可以发生相对转动,传递的弯矩减小,框架结构可以发生更大的变形,耗能连梁进入塑性程度高,耗散能量多;随着耗能连梁长度的增加,两种节点连接形式的结构承载力、耗能能力均逐步提高,刚度均呈现先增大后减小的趋势,建议两种节点连接形式下耗能连梁长度取值范围均为0.98M_p/V_p^1.47M_p/V_p。

连柱钢框架结构抗震性能研究

为了研究连柱钢框架结构的抗震性能,采用ABAQUS有限元分析软件建立了结构的有限元模型并对其进行循环加载分析,主要分析了耗能梁段长度、钢框架跨度和层高对结构滞回性能的影响。分析结果表明:连柱钢框架结构具有良好的滞回性能,可以较好地满足地震作用下的耗能要求;框架结构梁柱节点受力较大,可采用加厚腹板等方式加强;随着耗能梁段长度的增加,连柱钢框架结构的滞回性能不断提高,但增加到一定程度后,耗能梁段的塑性发展不充分;钢框架跨度对结构滞回性能的影响较小,层高的影响较为显著。

连柱钢框架体系子结构的抗震性能有限元分析

连柱钢框架体系是一种双重抗侧力无支撑框架结构。为了研究连柱钢框架体系的抗震性能,本文设计了3组共12个子结构试件,利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和能量耗散系数等参数。研究结果表明:连柱钢框架体系具有良好的屈服时序和耗能能力,塑性变形主要集中在框架梁端部和耗能连梁上;耗能连梁的长度、结构的跨度对结构的水平承载能力、刚度的影响较小;结构的层高对结构的刚度、水平承载能力的影响比较显著。在层间位移角达到1/25rad之前,连柱部分起主要耗能作用,有效地保护了承重构件。

高强钢组合型连柱钢框架体系子结构抗震性能有限元分析

高强钢组合连柱钢框架是一种双重抗侧力无支撑框架结构,其耗能连梁采用低屈服点的钢材、抗弯钢框架采用较高屈服点的钢材。为了研究不同钢材对连柱钢框架子结构抗震性能的影响,文章设计6组子结构试件。利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,仅改变抗弯框架部分的钢材等级,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和延性系数等参数。研究结果表明:高强钢组合的连柱钢框架体系子结构具有良好的变形能力和耗能能力。随着钢材强度等级的提高连柱钢框架体系子结构的承载能力、刚度逐渐增大,但是耗能能力、延性明显下降。

长圆孔腹板连梁连柱钢框架结构抗震性能研究

耗能连梁是连柱钢框架结构的重要构件,传统耗能连梁在往复荷载下常常出现加劲肋与腹板间焊缝的首先破坏,从而降低了塑性转动能力。为了提高耗能连梁转动能力,并使其尽早进入塑性耗能,可采用长圆孔腹板耗能连梁代替传统的耗能连梁。通过ABAQUS有限元软件分析了配置长圆孔腹板耗能连梁连柱框架结构的滞回性能。分析结果表明:耗能连梁腹板厚度t_w的增加可以提升结构的刚度、承载力以及耗能能力。孔间柱长宽比β越小,结构性能越好,考虑应力集中与钢材初始缺陷,建议设计时β可取1～1. 2。长圆孔腹板耗能连梁长度L的增加可以提升结构耗能性能,但L过长时,塑性发展不充分,不能充分发挥材料性能,宜取主结构跨度的16%～22%。提升框架钢材等级可以显著提升结构的承载力,并降低刚度退化幅度。

摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑框架抗震性能有限元分析

连柱钢支撑框架结构是一种新型的功能可恢复结构,为了增大耗能连梁的剪切变形程度,提高耗能能力,将支撑柱脚设计为可抬起柱脚,并在柱脚处设置摩擦耗能阻尼器。采用ABAQUS软件建立了摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑结构有限元分析模型,对试件结构进行了低周往复加载,通过改变支撑尺寸及耗能连梁高度来改变支撑和耗能连梁的刚度比,分析其破坏模式和滞回性能。结果表明:柱脚设置摩擦阻尼器的连柱钢支撑框架结构具有良好的屈服时序,耗能连梁塑性发展充分,结构具有较强的耗能能力。支撑截面大小对结构耗能能力影响较小,但支撑截面不宜过大,否则会导致柱脚先于支撑屈服,支撑截面亦不宜过小,否则会导致支撑过早发生弹塑性屈曲。耗能连梁为结构主要耗能构件,随着耗能连梁高度的增加,结构刚度和承载力增大,耗能能力显著提高,因此耗能连梁刚度不宜过小。建议支撑与耗能连梁的刚度比不小于160,在此范围内,可保证耗能连梁充分耗能破坏前,支撑不发生弹塑性屈曲。