K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的力学性能分析

摘要

偏心支撑钢框架在正常使用阶段，具有较大的抗侧力刚度，结构侧移较小;在大震作用下，利用耗能梁段的塑性变形耗散地震能量，具有良好的耗能效果，是一种比较理想的多高层钢结构抗侧力体系，尤其适用于高烈度震区，K型偏心支撑钢框架是其中比较常见的一种。研究表明，耗能梁段的长度在1.0Mp/Vp～1.3Mp/Vp范围内时，耗能梁段具有最佳的耗能能力，但是好多时候，为了满足建筑构造的要求，要把耗能梁段做得短一些，长度很难在这个范围。耗能梁段越短，耗能梁段上的剪力就越大，容易使其发生剪切破坏。根据耗能梁段发生剪切破坏的特点，在耗能梁段上加了斜加劲肋，以防止过早的剪切破坏。文中设计了12组耗能梁段长度不同的试件，应用有限元软件ABAQUS分析了加与不加斜加劲肋和斜加劲肋加得多少两种情况下，框架结构性能的变化。
　　 本文在分析过程中，所有的构件都采用了壳单元，对于进入弹塑性阶段的耗能梁段同时考虑了几何非线性和材料非线性，其他的构件只考虑了几何非线性，材料的强化采用了混合强化法则，非线性方程通过Newton-Raphson迭代法结合增量法求解。通过分析得出的主要结论是:相比在整个耗能梁段上不加斜加劲肋和只在耗能梁段的两端加斜加劲肋，在整个耗能梁段上加斜加劲肋后，承载力、弹性和弹塑性刚度都提高了，割线刚度退化得慢了，耗能梁段的实际长度与基本长度Mp/Vp的比值较小时，框架的弹性位移较大，滞回曲线更饱满，耗能能力更强，但随着比值接近1或大于1，弹性位移相比较小，耗能能力变差。
　　 因此，当耗能梁段的长度与基本长度Mp/Vp的比值较小时，在整个耗能梁段上加斜加劲肋后，能延迟耗能梁段的破坏，增加结构的耗能能力。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 钢结构体系

1．2．1 纯钢框架结构

1．2．2 框架支撑结构

1．3 偏心支撑框架耗能梁段的研究状况

1．3．1 耗能梁段对结构的刚度和强度的影响

1．3．2 耗能梁段的受力特点及内力分布

1．3．3 偏心支撑框架的耗能机构

1．4 偏心支撑钢框架结构的研究现状

1．4．1 国外对偏心支撑钢框架结构的研究现状

1．4．2 国内对偏心支撑钢框架结构的研究现状

1．5 本文的研究目的和意义

1．6 本文的研究内容和方法

本章小结

第2章 非线性有限元基础理论

2．1 有限元概述

2．2 非线性有限元理论基础

2．2．1 有限变形条件下U．L．法的虚功增量方程

2．2．2 弹塑性强化本构关系

本章小结

第3章 非线性问题的基本解法

3．1 增量法

3．2 迭代法

3．3 混合法

本章小结

第4章 有限元模型概述

4．1 材料定义

4．2 试件设计原则

4．2．1 耗能梁段

4．2．2 支撑和柱

4．2．3 加劲肋

4．2．4 耗能梁段与支撑的连接

4．3 试件尺寸

4．4 单元类型的选取及网格划分

4．5 边界条件和加载方式

4．5．1 边界条件

4．5．2 加载方式

4．6 破坏准则

本章小结

第5章 有限元模型分析

5．1 第一种情况

5．2 第二种情况

本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录