Y型偏心支撑钢框架耗能梁段长度浅析-有限元.docx

Y型偏心支撑钢框架耗能梁段长度浅析有限元论文导读:：故对偏心支撑钢框架的受力性能具有较大的影响。有限元模型的建立。深入研究耗能梁段的长度对K型偏心支撑钢框架整体抗震性能的影响。论文关键词：偏心支撑，有限元，钢框架1引言支撑偏离梁柱节点的偏心支撑钢框架(EBFs)是近20年发展起来的抗震结构，其主要是通过耗能梁段的非弹性剪弯变形来耗散输入结构的地震能量[1]，而耗能梁段长度的取值又直接关系到耗能梁段的变形形态和耗能性能，故对偏心支撑钢框架的受力性能具有较大的影响。目前我国对偏心支撑钢框架所取得的科研成果绝大多数是通过试验研究得到的，但是受试验手段的限制，耗能梁段中的应力分布和破坏发展情况不易有效跟踪。而且国内外大部分的理论与试验研究都是将耗能梁段作为一个独立的构件进行研究[2][3]，这与耗能梁段在结构中的实际受力情况有一定的差异。因此，从框架的整体抗震性能出发，深入研究耗能梁段的长度对K型偏心支撑钢框架整体抗震性能的影响，以更好地协调结构的承载力、刚度和延性这三者的关系对于指导设计工作具有十分重要的现实意义。2有限元模型的建立为了深入分析不同耗能梁段长度偏心支撑钢框架的受力性能，作者依据现行规范[4][5]设计了5个试件有限元，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。2.1模型的几何尺寸试件取常用民用建筑层高、柱网跨度、梁柱断面尺寸，并按照剪切屈服型耗能梁段进行设计。梁柱连接、支撑两端与框架的连接，均采取刚性连接的形式。梁、柱和支撑的截面尺寸分别为：350×200×10×16，450×300×12×20，300×200×6×10。根据文献[4]，试件YEFL400～YEFL600为剪切屈服型耗能梁段，YEFL700～YEFL800则为弯曲屈服型耗能梁段。本文所设计的5个试件除耗能梁段的长度不同外，其余参数均保持不变。以上试件屈服类型及耗能梁段的长度如表1所示。表1YEFL系列试件一览表试件YEFL400YEFL500YEFL600YEFL700YEFL800耗能梁段屈服类型剪切屈服型弯曲屈服型耗能梁段长度（mm）4005006007008002.2单元选取和模型建立试件中所有构件均采用八结点实体单元SOLID45进行划分中国论文下载中心。考虑到耗能梁段在受力过程中会产生较大的塑性变形，因而对耗能梁段及其附近区域进行了局部网格加密。偏心支撑钢框架的模型尺寸和有限元模型如图1所示。2.3材料模型的确定梁、柱和支撑均采用Q235钢,钢材的弹性模量取为E=2.06×105MPa,泊松比μ=0.3。单向加载时采用VonMises多线性等向强化，的三线型模型而循环加载则采用能够考虑在循环荷载作用下图1偏心支撑钢框架模型尺寸和有限元模型钢材Bauschinger效应的多线性随动强化的三线型模型，钢材的屈服应力σy、极限应力σu和破坏时的应力σst及其所对应的应变值如表2所示。表2材料性能指标参数σy(MPa)εyσu(MPa)εuσst(MPa)εst钢材2350.001144200.153300.22焊缝3300.00160194700.124200.172.4加载制度、约束情况、破坏准则及二阶效应的考虑试件加载采用了ECCS[6]的完全加载制度，循环加载按Δy/4、Δy/2、3Δy/4、Δy、2Δy、3Δy、4Δy…的方式进行，每级位移循环一次，直至试件破坏。本文中的所有试件均未考虑焊接残余应力和初始几何缺陷的影响。在模型中约束了框架柱脚结点所有方向的自由度，即假定框架柱脚与地面为理想刚接，并约束了柱顶与梁柱节点位置处有限元模型中结点平面外的自由度，以考虑平面外梁对框架的侧向支撑作用，此外在柱顶施加了0.4Ny(Ny为柱全截面屈服时所能承受的压力)的轴力，保证边界条件的设置和实际工程应用基本一致。由于ANSYS本身没有提供固定的破坏准则，而由用户自己定义，在本文中认为当试件的承载力超过极限荷载并降至0.85倍的极限荷载时就认为试件已经破坏[7]。考虑到框架的二阶效应对结构的受力性能具有显著的影响，因此在程序中通过打开大变形效应开关(NLGEOM，ON)有限元，以计入其影响。3偏心支撑钢框架有限元计算结果及其分析图2(a)～(h)分别为试件YEFL400～YEFL800的单向加载曲线和在循环荷载作用下的滞回曲线。由图可以（a）荷载-位移曲线（b）YEFL400试件滞回曲线（b）YEFL500试件滞回曲线（d）YEFL600试件滞回曲线（e）YEFL700试件滞回曲线（f）YEFL800试件滞回曲线图2各试件的单向加载曲线与滞回曲线看出，由图可以看出，YEFL系列试件在循环荷载作用下的滞回曲线都比较饱满，都呈现出良好的耗能性能和延性特征，但也存在一些差别。虽然系列试件在受到外荷载作用下都能很好的完成了位移的循环，