考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架的抗震性能分析

摘要

钢结构具有良好的抗震性能，但是在多次震害之后的调查中发现，很多钢框架梁柱连接处焊缝发生了脆性破坏，各国学者针对这一现象提出了多种改善节点抗震性能的新型连接方式。梁腹板开圆孔型节点是在距柱翼缘一定距离的梁腹板上开圆孔，不仅可以使塑性铰外移保护节点焊缝区，还可以使管线穿过增加建筑的净空。而在多高层钢结构建筑中，混凝土楼板的存在往往会影响节点局部和结构整体的抗震性能。本文综合以上因素，在本课题前期关于考虑组合效应的梁腹板开圆孔型节点性能研究成果的基础上，从结构整体性能的角度出发，对考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架进行抗震性能分析。
　　利用ABAQUS有限元软件，建立节点的实体模型，根据节点模型的弯矩一曲率关系曲线来得到节点在腹板开孔以后屈服荷载的削弱系数，并研究了组合效应对节点性能的影响。为了方便对比，分别根据有无混凝土楼板和有无开孔削弱，选取了四个类型的框架，用SAP2000建立钢框架的模型，腹板开孔削弱采用塑性铰模型来进行模拟。
　　对框架模型进行静力弹塑性分析和动力弹塑性分析：在静力弹塑性分析中，采用两种不同的侧向加载模式，得到结构的Pushover曲线，根据能力谱法求得结构性能点，并对四类框架结构进行抗震性能的评估；选取了两条强震记录以及一条人工地震波来进行动力时程分析，提取了结构的基底剪力和顶点位移的时程曲线以及各层间位移角的包络图，并计算了结构的平均刚度。由静力弹塑性和动力弹塑性分析结果表明，梁腹板开圆孔削弱可以使塑性铰发生外移，同时也会使结构的承载力和刚度有所下降，使得层间位移角增大；考虑混凝土楼板的组合效应以后，结构的刚度增加，使得梁腹板开圆孔的削弱对结构整体性能的影响减小。最后，分别从框架和节点出发，分析了影响结构塑性铰外移的因素，对这类结构形式的使用和设计提出了建议。