偏心支撑耗能梁段翼缘外伸板件宽厚比、超强系数和破坏模式的有限元研究

论文摘要

偏心支撑框架的设计意图为在强震作用下仅耗能梁段产生非弹性变形,而其它构件仍保持弹性,因此耗能梁段的设计应能保证其具有良好的延性和耗能性能。现今建筑规范中对偏心支撑框架的设计方法的理论依据,多是来源于国外所做的试验,而这些试验大部分是采用ASTMA36号宽翼缘工字型钢,钢材型号相当于国内的Q235钢,另外国内所做的相关实验也都是采用Q235钢。目前高强度钢材由于其自身的优点被广泛应用于建筑结构中,许多宽翼缘型钢采用Q345号钢材。这就引发了一个问题：许多轧制宽翼缘型钢不能够满足规范规定翼缘外伸板件宽厚比的要求,因此限制了许多截面的使用。同时规范中翼缘外伸板件宽厚比的取值也是建立在经典理论基础上,忽略了许多因素,因此应对耗能梁段翼缘宽厚比进行合理取值。本文利用ANSYS程序建立模型并对照以往试验来验证程序的正确性,然后设计试件,分别对有限元模型进行单向加载和循环加载。本文研究了放宽翼缘外伸板件宽厚比后耗能梁段的所能达到塑性转角、破坏模式和超强系数等问题；针对弯剪屈服型耗能梁段,通过改变加劲肋的设置方法来提高其滞回性能的研究；改变翼缘外伸板件宽厚比对三种屈服类型耗能梁段的性能影响。得到的主要结论为：剪切型和弯曲型耗能梁段的翼缘外伸板件宽厚比可由8(?)提高到9(?)；通过在耗能梁段的端部设置较密的加劲肋,可以显著提高弯剪屈服型耗能梁段的滞回性能；提出了增大系数按照耗能梁段屈服类型进行取值的方法；最后总结出三种屈服类型的耗能梁段的主要破坏模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 偏心支撑结构体系产生的背景
• 1.3 偏心支撑框架的研究状况
• 1.3.1 国外研究状况回顾
• 1.3.2 国内研究状况回顾
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 偏心支撑钢框架的设计理论分析
• 2.1 偏心支撑框架的内力分析
• 2.2 偏心支撑框架的变形机制
• 2.3 偏心支撑框架的性能分析
• 2.3.1 耗能梁段长度对结构刚度的影响
• 2.3.2 耗能梁段长度对结构强度的影响
• 2.3.3 耗能梁段长度对结构延性的影响
• 2.4 耗能梁段的承载力
• 3 非线性有限元模型的建立及计算程序的选择
• 3.1 有限元单元法理论
• 3.1.1 弹塑性本构关系
• 3.2 有限元程序的选取
• 3.3 有限元模拟在程序中的实现
• 3.3.1 材料特性及单元选取
• 3.4 有限元模型的验证
• 3.4.1 试验试件的选择
• 3.4.2 试验加载装置
• 3.4.3 加载制度
• 3.4.4 有限元计算结果与试验结果对比
• 4 偏心支撑耗能梁段的有限元分析
• 4.1 本章研究的主要内容
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 试件材料参数的选取
• 4.2.2 加载制度及破坏准则
• 4.3 翼缘外伸板件宽厚比对耗能梁段受力性能的影响
• 4.3.1 翼缘外伸板件宽厚比对剪切型耗能梁段性能的影响
• 4.3.2 翼缘外伸板件宽厚比对弯剪型耗能梁段性能的影响
• 4.3.3 翼缘外伸板件宽厚比对弯曲型耗能梁段性能的影响
• 4.4 放宽翼缘外伸板件宽厚比限值的有限元分析
• 4.4.1 判定标准及试件参数设计
• 4.4.2 有限元计算结果分析
• 4.5 加劲肋的设置对弯剪型耗能梁段受力性能的影响
• 4.5.1 加劲肋间距对弯剪型耗能段受力性能的影响
• 4.5.2 弯剪型耗能梁段加劲肋设置方法研究
• 4.6 耗能梁段超强系数的有限元研究
• 4.6.1 超强系数概念
• 4.6.2 超强系数取值方法
• 4.7 耗能梁段的破坏模式
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况