梁贯通式中心支撑钢框架静力和动力弹塑性分析.pdf

弹塑性分析

王伟２，３陈以一２，３

１．武汉市建筑设计院，武汉４３００１４２．同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海２０００９２

３．同济大学建筑工程系，上海２０００９２

提要：参考日本一种广泛应用的全铰接支撑钢结构体系，开发了一种适用于地震区的新型分层装配梁贯

通式中心支撑钢结构体系。该体系最大特点是采用了分层装配式构造，柱间支撑采用自研制的套筒式花篮

加扁钢的形式。竖向荷载由框架承担，水平荷载由“支撑单元”的剪力墙来承担。为研究其抗震性能，

采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对新研制结构进行了静力和动力弹塑性分析。在适应于本体系的侧力模式

静力推覆下，结构表现出良好的延性。动力弹塑性分析表明，地震下该体系层间剪力－层间位移滞回关系

为典型的滑移型。层间位移角最大为１／６１，不超过规范要求的１／５０。

关键词：梁贯通；中心支撑；钢框架；静力弹塑性分析；动力弹塑性分析；ＡＢＡＱＵＳ

《钢结构》２０１２增刊

空间有限元模型建立

１）单元选取

从前述工程介绍来看，支撑构件工作状态很大程度上决定了本文研究的支撑一钢框架结

构体系的承载力、刚度、延性等抗震性能。因此，支撑构件的合理模拟尤为重要。本文的

有限元分析基于ＡＢＡＱＵＳ／Ｓ伽１ｄａｒｄ，采用杆系纤维模型模拟试验结构体系的梁、柱、支撑

等构件。梁柱构件采用ＡＢＡＱｕｓ提供的Ｂ３１线性梁单元，该单元是考虑剪切变形的

ＴｉＩｎｏｓｈｅＩｌｌ【ｏ梁单元。支撑采用Ｔ３Ｄ２三维两节点桁架单元，该单元只能承受拉压荷

能承受弯矩，适合于模拟铰接分析。本文研究的结构体系支撑长细比超过２０００，认为一旦

受压则支撑不参与工作，属于只拉不压的支撑形式。楼板模拟用ｓ４Ｒ壳单元。

２）材料模型

钢材本构关系采用双线性随动强化模型，假定塑性段切线模量为弹性模量最的０．０１

倍。钢材通过标准材性试件拉伸结果见表１。模型考虑了包辛格效应，在循环过程中刚度

无退化，复杂应力状态下的强度准则采用Ｍｉｓｅｓ屈服准则。楼板混凝土模拟采用了理想弹

塑性模型，混凝土强度等级为Ｃ：２５，未考虑混凝土的弹塑性断裂和损伤。

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钢结构工程研究⑨《钢结构》２０１２增刊

表１有限元分析中钢材力学性能

３）模型建立原则

针对适用于７度抗震设防区的某实际工程项目的设计方案，梁柱节点为半刚性连接【３１，

柱间支撑与梁柱节点为铰接。支撑的规格和布置数量由现行规范小震下的水平地震作用并

考虑一定的地震力放大系数（１．４）后确定。支撑布置数量布置见如下原则【４】：按照７度区

水平地震作用计算的平面纵向和横向扁钢支撑数量为底层１２Ｐ（１Ｐ＝柱距为１２００，，ｌ肌的支撑，

下同），二层６Ｐ，扁钢支撑规格为５０聊ｍ×４ｍｍ。

４）模型建立和边界条件

三维结构模型的建立如图５。采用的杆件尺寸见表２。楼板采用Ｃ３０混凝土，屋面的

刚度转化为水平支撑的作用。二层楼面均布荷载５．３ｋＮ／ｍ２，屋面均布荷载为１．５

ｋＮ，Ｊｍ２。

表２试件中构件截面尺寸及特性

粢牲半哟接节点

Ｈ挚钠梁

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３．静力弹塑性分析

１）加载模式

ｌ心

Ｈ２＝６．１７０ｍ