设置钢棒耗能器的支撑框架结构性能分析.doc

设置钢棒耗能器的支撑框架结构性能分析沙漏形钢棒耗能器是一种新型屈服型耗能元件,具有强度高、延性好、耗能能力强且不锈蚀等优点。在支撑框架结构的支撑端部设置钢棒耗能器,可以实现耗能器轴心受力,通过钢棒屈服耗能保护主要结构构件,震后只需更换钢棒便可使结构恢复使用功能,具有良好的社会经济效益。本文采用数值模拟的方法,较系统地对设置钢棒耗能器的支撑框架结构的抗震性能进行了分析,主要内容如下:利用有限元软件ABAQUS对相关文献中钢棒耗能器的往复加载试验进行了数值模拟,通过与试验结果的对比验证了有限元建模方法的可靠性。建立了单层单跨耗能支撑框架的精细化有限元模型,进行单调推覆分析和往复加载分析,并与普通支撑框架的工作性能进行了对比。分析结果表明,耗能支撑框架具有明显的屈服时序,首先是钢棒屈服,然后是框架梁端和支撑屈服,最后是框架柱脚屈服。而普通支撑框架的受压支撑则发生了很大的塑性变形,导致承载力突然下降。对12个单层单跨耗能支撑框架进行了参数分析,以钢棒的尺寸及个数、支撑的截面尺寸为变化参数,研究了钢棒耗能器的刚度、屈服承载力及组合形式对结构破坏模式和主要抗震性能指标的影响。研究结果表明,钢棒耗能器的刚度和屈服承载力设计指标具有相对独立性,保持屈服承载力不变,增大耗能器刚度能同时提高支撑框架结构的刚度和承载力;保持耗能器刚度不变,增大耗能器屈服承载力能提高支撑框架结构的承载力而不影响其刚度。在往复荷载作用下,耗能支撑框架结构的滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。设计了12层的普通支撑框架和耗能支撑框架,进行反应谱分析、动力时程分析和静力弹塑性分析,考察并比较两者的抗震性能和构件塑性发展规律。结果表明,设置钢棒耗能器能有效减小地震作用。中震作用下,钢棒耗能器屈服并保护了支撑和框架。大震作用下,设置钢棒耗能器显著提高了结构的塑性耗能能力,塑性损伤集中于可更换的钢棒耗能器。