高強(qiáng)鋼組合Y型偏心支撐框架受力性能研究

舒?zhèn)?劉會(huì)樂

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510010）

高強(qiáng)鋼組合Y型偏心支撐框架受力性能研究

舒?zhèn)?劉會(huì)樂

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510010）

為研究高強(qiáng)鋼組合 Y 型偏心支撐框架的受力性能，建立了有限元模型進(jìn)行循環(huán)加載分析，主要考慮了不同鋼材組合對其受力性能的影響。

高強(qiáng)鋼；偏心支撐；受力性能；有限元

1 引言

高強(qiáng)鋼組合偏心支撐結(jié)構(gòu)是由偏心支撐結(jié)構(gòu)[1]和高強(qiáng)鋼[2-3]的結(jié)合產(chǎn)生的，它不但繼承了兩個(gè)領(lǐng)域優(yōu)點(diǎn)，還相互彌補(bǔ)了對方的不足。因此，高強(qiáng)鋼組合偏心支撐結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展必然會(huì)推動(dòng)偏心支撐和高強(qiáng)鋼的發(fā)展，并且拓展它們的應(yīng)用范圍。本文研究的高強(qiáng)鋼組合Y型偏心支撐結(jié)構(gòu)是不僅能夠充分發(fā)揮偏心支撐結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)鋼的優(yōu)點(diǎn)，而且繼承了Y型偏心支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)有的特征，是一種高效的抗震結(jié)構(gòu)體系。

2 模型設(shè)計(jì)

2.1 原型結(jié)構(gòu)概況

模型原型結(jié)構(gòu)為3跨6榀20層高強(qiáng)鋼組合Y型偏心支撐框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)橫向三跨(y方向)，中跨5.65m，邊跨4.5m，縱向（x方向）五跨，跨度均6m，層高3.6m，耗能梁段長度為700mm。

2.2 有限元模型

有限元分析時(shí)，選取原型結(jié)構(gòu)第一榀支撐框架作為BASE模型，采用ABAQUS軟件建立了三個(gè)不同鋼材組合的梁單元和實(shí)體單元組合模型，模型的梁單元采用B31單元，實(shí)體單元采用C3D8R單元?？蚣苣Ｐ蜑槿?0層，中間跨采用偏心支撐。模型所加豎向荷載和SAP2000軟件設(shè)計(jì)時(shí)的荷載保持一致，水平荷載采用多質(zhì)點(diǎn)比例加載方式施加，從底層開始其荷載分配比例為1:2:3:4:5:6□:20。模型分析時(shí)柱腳完全固接，并約束框架梁的平面外自由度。模型采用理想彈塑性本構(gòu)關(guān)系，Q345鋼的屈服強(qiáng)度fy=345MPa；Q460鋼的屈服強(qiáng)度fy=460MPa；Q690鋼的屈服強(qiáng)度fy=690MPa。彈性模量E=2.06×105N/mm2，泊松比ν=0.3。

3 模型計(jì)算結(jié)果分析

3.1 滯回曲線

圖1為模型的滯回曲線，從圖上可知，雖然3個(gè)模型循環(huán)的圈數(shù)和飽滿程度都不一樣，但模型的滯回曲線的形狀都呈梭形，表現(xiàn)出較好的滯回性能。Q345-20模型能夠完成 4Δy位移循環(huán)，在進(jìn)入 5Δy位移循環(huán)時(shí)由于其頂點(diǎn)位移大于3600mm(H/20)而發(fā)生破壞，它是在3個(gè)模型中曲線最為飽滿的；Q460-20模型能夠完成1次4Δy位移循環(huán)，模型在第2次進(jìn)入4Δy位移循環(huán)時(shí)發(fā)生破壞；Q690-20模型可以完成3Δy位移循環(huán)，在第2次進(jìn)入3Δy位移循環(huán)時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞； 因此，僅從宏觀上看，Q345-20模型滯回性能優(yōu)于Q460-20模型，Q460-20模型滯回性能優(yōu)于Q690-20模型。

3.2 結(jié)構(gòu)耗散的能量和耗能系數(shù)

Q345-20、Q460-20、Q690-20耗散的能量分別為 178529.6、124996.6、61478.4kN·m。從圖上可知，Q345-20模型耗散的能量最多， Q460-20模型次之。和Q345-20模型相比，Q460-20模型耗散的能量降低了30%，Q690-20模型耗散的能量降低了65.6%。

圖1 滯回曲線

綜上所述，Q345-20模型的耗能能力最強(qiáng)，Q460-20模型次之，Q690-20模型最低。

3.3 結(jié)構(gòu)用鋼量對比

Q345-20、Q460-20、Q690-20的用鋼量分別為1220、1011.46、893.34t。Q345-20模型用的鋼量最多，Q690-20模型的用鋼量最省。和Q345-20模型相比，Q460-20模型的用鋼量節(jié)省了 17.1%，Q690-20模型的用鋼量節(jié)省了 26.8%；和 Q460-20模型相比，Q690-20模型的用鋼量節(jié)省了11.7%。

4 結(jié)論

本文采用梁單元和實(shí)體單元組合建立了 3個(gè)具有不同強(qiáng)度鋼材的組合模型，通過對比它們的極限承載力、剛度、耗能能力、延性和用鋼量等重要指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

（1）Q345-20模型的滯回性能最好、Q690-20模型用鋼量最省，Q460-20模型具有較好的滯回性能并且用鋼量較省。

（2）與Q345-20模型相比，雖然Q460-20模型和Q690-20模型的滯回性能都有不同程度的降低，但它們?nèi)匀痪哂幸欢ǖ难有院秃哪苣芰Γ移涑休d能力有所提高。

[1]POPOV P E, ENGELHARDT M D. Seismic eccentrically braced frames [J].J Construct Steel Research, 1988(10):321-354.

[2]戴國欣,王飛,施剛,等.Q345與Q460結(jié)構(gòu)鋼材單調(diào)和循環(huán)加載性能比較[J].工業(yè)建筑, 2012, 42(1): 13-17.

[3]施剛,石永久,王元清.超高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展, 2008, 10(4): 32-38.

TU391

B

1007-6344（2016）07-0338-01

舒?zhèn)?，男?988-，主要從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及研究，廣州市荔灣區(qū)流花路97號，510010