框架_支撑钢结构抗震性能的有限元分析.

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框架—BRB体系教学楼抗震性能分析

框架—BRB体系教学楼抗震性能分析柳晓博;孟凡涛;阮兴群;张玉明【摘要】框架结构抗震性能的改善程度是框架结构优化设计的重要内容,设置BRB 是改善框架结构抗震性能的重要途径.文章以高烈度区一栋BRB体系的框架结构教学楼为例,采用有限元软件ETABS建立三维弹塑性分析模型,并对其进行动力弹塑性分析,研究其结构的抗震性能.结果表明:罕遇地震下主体结构的弹塑性层间位移角＜1/50;主体结构框架梁柱出现的塑性铰的状态基本处于承载力不致严重降低的水平,主体结构的变形指标满足抗震性能的要求;BRB在罕遇地震下能有效发挥屈服耗能作用,其滞回曲线较为饱满,能够起到抑制结构在罕遇地震下变形的作用.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P33-38)【关键词】框架—BRB体系;抗震性能;动力弹塑性分析;罕遇地震【作者】柳晓博;孟凡涛;阮兴群;张玉明【作者单位】山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000;山东华科规划建筑设计有限公司,山东聊城252000【正文语种】中文【中图分类】TU318;TU3520 引言消能减震技术［1］是在结构的某些部位设置消能减震器，利用其耗散结构变形造成的振动能量，使得建筑结构在地震作用下的反应明显减弱的技术。

目前此项技术在美国、日本得到了广泛应用。

Constantinou等对设置阻尼器的结构进行了深入细致的分析［2］。

李爱群对国内外消能减震技术的应用进行了详细的介绍，对推动国内消能减震技术的发展起到了引领与推动作用［3］。

自 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》［4］中吸收消能减震技术以后，此项技术在国内取得了长足的发展。

JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》［5］的颁布实施，标志着国内消能减震技术的蓬勃发展和日趋完善［6－11］。

ABAQUS钢框架结构抗震仿真分析

一、引言时程分析法是对结构动力方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法.时程分析法将地震波按时段进行数值化后，输入结构体系的振动微分方程，采用直接积分法计算出结构在整个强震时域中的振动状态全过程，给出各个时刻各个杆件的内力和变形。

现已成为多数国家抗震设计规范或规程的分析方法之一。

二、有限元软件ABAQUS简介ABAQUS是美国ABAQUS公司（原名HKS公司．即Hibbitt，Karlsson＆Sorensen,INC．2005年被法国达索公司收购，2007年公司更名为SIMULIA）。

ABAQUS已成为国际上最先进的大型通用有限元力学分析软件之一.ABAQUS是一套功能强大的进行工程模拟的有限元软件。

其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题.ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形行为，可以进行结构的静态和动态分析，如应力、变形、振动、热传导以及对流等。

也可以模拟广泛的材料性能,如金属、橡胶、塑料、弹性泡沫等，而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料的层一起用于任何合适的分析类型。

三、模型建立与求解1、PartCreate Part：Name：Ban,3D，Deformable， Shell ,Planar，输入坐标创建一个18X9m的壳部件,作为混凝土楼板部件;Create Part：Name:Zhu，3D，Deformable， Wire ，Planar，输入坐标创建一个长3m线部件,作为柱部件；Create Part：Name：Liang，3D,Deformable， Wire ,Planar，输入坐标创建一个长6X3m，宽4。

5X2m的线网部件，作为梁网部件；2、 SectionCreate Material：Name：steel，General,Density 7800；Mechanical，Elasticity，Young’s Modulus 2。

钢结构框架梁柱节点性能分析

钢结构框架梁柱节点性能分析摘要：钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序，因此应优化梁柱节点的质量。

本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容，围绕有限元模型、载荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能，分析多种要素对于节点性能的影响，为优化节点质量提供参考意见，提升建筑工程整体质量，突出项目结构的抗震性能。

关键词：建筑工程；钢结构框架；梁柱节点前言：钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势，该模式在建筑工程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。

其中梁、柱节点是框架关键连接位置，其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。

因此，有必要深入分析钢结构框架梁柱节点的实际性能，实现构件和节点的标准化设计，优化节点性能。

1钢结构框架梁柱节点概述1.1刚性连接模式其一，全焊连接。

借助融透的方式焊接梁上下翼，通过双面胶焊接腹板。

上述连接模式对于焊接技术要求较高，若操作失误会导致应力集中，对施工结构受到影响。

其二，全栓焊接。

借助T型钢，使用高强螺栓连接梁翼和柱翼，不会产生三向应力和残余应力。

其三，混合连接。

该模式包含两方面内容：一方面是利用融透焊接梁上下翼，并通过大刚度角钢连接高强螺栓，借助剪力板连接柱翼和高强螺栓。

多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱，通过柱贯通方式连接框架柱和梁。

针对抗震部分，应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。

若属于非抗震区域，加劲肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2，满足板件的实际宽厚比值，防止连接节点受到破坏。

1.2柔性连接模式柔性连接又称为铰接连接，在梁侧无线位移，不过可以进行自由的转动。

该模式包含承托、端板以及角钢三方面。

其中，角钢主要连接柱和梁腹板，可以借助连接板替代角钢。

端板连接模式和角钢相同，但不可替代。

利用承托连接模式连接柱的腹板时，主要将厚板当作承托构件，防止柱腹板弯矩较大，确保偏心力矩传输至柱翼位置。

2钢结构框架梁柱节点性能研究2.1构建有限元模型本课题主要借助有限元软件，依据相关学者关于连接节点的研究内容，构建建筑工程中钢框架梁的非线性节点有限元模型，分析其中力学性能的差异性，为后续工程梁柱节点连接模式提供新思路[1]。

框架—偏心支撑结构的抗震分析

．震下达到 “ 震不坏，小中震可修，大震不倒 ” 的抗震设计基本原１３耗能梁段的计算耗能梁段的ｅ长度直接影响到结构是剪切型屈服型还是弯曲则… ，是结构抗震者和设计者共同追求的理念。
框架结构体系应用在钢结构中是很常见的结构形式，点很型屈服型。因此耗能梁段长度的计算至关重要。优耗能梁段的塑性抗剪承载力和分别按下式计算：多，诸如：灵活的建筑平面布置、简单的结构造型、良好的延性等等。但是如果想要结构达到 “ 小震不坏，中震可修，震不倒” 大的抗震设计基本原则，须使抗震结构体系设置多重抗震防线，免避
在中间跨。
本算例中偏心支撑设置为Ｋ形偏心支撑，了使抗震性能更为
优越，将耗能梁段设计为剪切屈服型。根据１３节中式（）～式．１
ａ单斜杆式）ｂＫ彤）ｃ倒ｖ形）ｄ倒Ｙ形）
（）３计算得，耗能梁段的长度ｅ＝１ｍ。本算例所处地区的抗震设防烈度为８度，建筑场地类别为 Ⅱ类，设计地震分组为第一组，计基本地震加速度为０２ｇ特设．０，征周期：．５ｓ钢结构的阻尼比＝．２０２，００。
框架一偏心支撑结构的抗震分析
王海
摘要：运用有限元分析软件ＳＰ００对一个１的框架结构进行建模，Ａ２００层得到两种不同的方案模型，并对这两种方案分别
进行双向水平地震作用下的时程分析，通过对结构动力特性结果进行分析，出偏心支撑抗震性能方面优于中心支撑。得关键词：偏心支撑，抗震，时程分析中图分类号：Ｕ７．Ｔ３５４文献标识码：Ａ

钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能分析

钢管混凝土异形柱将混凝土填充在钢管内，通过竖向钢板完成多个钢管混凝土柱之间的连接，并按照一定间隔用横向加劲肋板进行加固形成的[1]，其截面形状为不规则状态，例如T 型、L 型以及Z 型和混合型等。

钢管混凝土异形柱在建筑中应用性较好[2]，采用该异形柱作为建筑框架结构，施工后美观性较好，同时具有良好的承载性能[3]，可极大程度减轻结构自身重力；并且该类框架结构在施工和安装时，节能环保、施工效率较高[4]，能提升土地的使用效率，同时抗震性能和耐火性良好。

因此，钢管混凝土异形柱框架结构已在当下住宅建筑中广泛应用，例如工业厂房、多高层建筑以及超高层建筑等。

因为钢管混凝土异形柱框架结构是多个部分焊接、连接形成，在应用过程中，受到外力作用后，其力学变化情况较为复杂[5]；并且异形柱界面具有不规则的特殊性，用于建筑框架后的抗震性能尤为关键；该性能决定该类框架结构施工后，能否保证建筑在地震条件下的安全性[6]。

本文主要针对钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能展开相关分析，为该类框架结构的应用提供相关依据。

1钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能1.1钢管混凝土异形柱框架结构试件制备本文为分析钢管混凝土异形柱框架结构的抗震性能，设计3个钢管混凝土异形柱框架结构试件，该试件形状为H 型钢梁框架-人字形中心支撑结构，三个试件分别用S1、S2、S3表示，试件设计参数如表1所示。

表1设计参数详情支撑形式跨度/mm双人形2475按照表1的设计参数完成试件制备，制备时混凝土等级为C30，制备的框架中两主节点为外肋环板节点，异形柱中钢管的截面边长为78mm ，竖向连接板和异形柱高度一致，横向肋板尺寸为78mm×35mm×5mm 。

三种试件结构立面图相同，如图1所示。

制备的3种试件在轴心压力作用下，异型柱截面的受压承载力用N u 表示，其计算公式为：N u =m (f y A s +f c A c )（1）式中m 表示钢管混凝土异形柱中单肢柱的数量；f y 和f c 分别表示钢管屈服应力和混凝土抗压强度；A s 和A c 均表示截面面积，前者对应单肢柱钢管，后者对应混凝土。

V型偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

心支撑。中心支撑结构体系具有较强的刚度，这种结构延但
心支撑框架和偏心支撑框架，ｅ为耗能梁段长度【。１］
日日目
图
・中心偏心支撑ｂＤ信心支撑ｃＫ受儡心支撑型ｄＶ型鲁心支棒ｅＹ儡心支撑型
【ｂｔｃ］ｈｐｓｏｅｍｅｏｗｓｐｌｄｏｎｌｅｅｎｉａｔｕｋｐｒｒｎｅｏｔｅｔｌｅｃｎｒｂａｅｓｅＡｓｒｔＴｅｕｈｖｒｔｄａａｐｉｔａａｚｔａｔｅｒｑａｅｅｏｍａｃｓｆＶｓｅｃｅｔｃｒｃｄｔｌａｈｅｙｈ－ｈｆｈｙｉｅ
性较差，在地震作用下，压杆屈曲之后，个结构的水平刚受整度及承载力会迅速下降，严重时会导致整个结构破坏。而偏心支撑具有弹性阶段刚度接近中心支撑框架，弹塑性阶的延性和耗能能力接近于纯框架的特点，是一种良好的抗震结构。
ห้องสมุดไป่ตู้
状态，因此会提高结构的延性。１中列举了几种常见的中图
１引言
纯框架结构体系虽然具有良好的延性、较强的耗能能力，是其抗侧移刚度比较低，但如果要获得足够的抗侧刚度，则梁柱的截面尺寸会过大，造成材料的浪费。为了提高钢框架的抗侧刚度，架内常布置支撑，框支撑分为中心支撑和偏
【关键词】型偏心支撑；ｖ钢框架；性能点；耗能梁段【ｅｗｏｄ】ｔｌｅｃｎｒｂａｅｓｅｆｍｅｐｒｒａｃｐｉｔｉｋｅｍＫｙｒｓＶｓｅｃｅｔｃｒｃ；ｅｌａ；ｅｏｎｅｏ；ｎｂａｙｉｔｒｆｍｎｌ【中图分类号】ｕ３３５Ｔ３．１Ｔ２．；Ｕ５１【文献标志码】Ａ【文章编号】０７９６（０１０－０１０１０－４７２１）３０５．３

高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构抗震性能与设计方法研究

。
02
复杂环境因素影响
地震作用是一个复杂的环境因素，涉及到多种不确定性因素，如地震强
度、震源深度、场地条件等，需要进一步深入研究这些因素对屈曲约束
支撑结构抗震性能的影响。
03
精细化设计方法
目前对于高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构的抗震设计方法尚不够精
细化，需要进一步发展基于性能的设计方法，考虑材料非线性、几何非
研究结果可以为高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构的抗震设计和应用提供理论依据和实践指导。
同时，研究成果也可以为其他类似结构的抗震设计和研究提供参考和借鉴。
02
国内外研究现状及发展趋势
国内外研究现状
国内研究
国内对高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构的研究尚处于初步阶段，主要集中在材料的力学性能、构造细节和设计方法等方面。目前，国内的研究成果主要集中在一些学术论文和专利中。
框架结构模型建立
模型设计
根据实际工程需求和试验条件，建立高强度钢材钢框架屈曲约束支撑结构模型，考虑材料性能、几何非线性、支撑类型和数量等因素。
几何非线性
考虑结构模型的几何非线性，如梁柱弯曲和剪切变形等，以精确模拟结构的真实行为。
材料性能
考虑高强度钢材的力学性能，如弹性模量、屈服强度和抗拉强度等，以及可能的材料缺陷和损伤。
优化算法选择及参数确定
优化算法
采用混合遗传算法和模拟退火算法进行优化。混合遗传算法结合了遗传算法和模拟退火算法的优点，能够处理复杂的约束优化问题。模拟退火算法通过引入退火过程，避免陷入局部最优解。
参数确定
包括群体大小、交叉概率、变异概率、退火温度等。通过试验和经验选择合适的参数，以获得良好的优化效果。

有限元法——数值模拟

钢框架梁柱十字形节点抗震性能数值模拟与理论分析摘要：梁柱节点在钢框架结构中扮演着举足轻重的角色，因此研究钢框架节点的抗震性能具有重要的意义。

本文通过ABAQUS有限元分析软件对钢结构梁柱十字形节点进行了建模分析，考查了全焊接连接节点在地震波作用下的受力性能。

研究表明：全焊接连接节点具有较好的抗震性能。

关键词：钢框架结构；剪切变形；节点域模型；有限元；非线性分析NUMERICAL AND THEORETICAL ANAL YSIS ON SEISMICPERFORMANCEOF THE CROSS-TYPE JOINT OF STEEL STRUCTUREAbstract:The beam-column connections in steel frame structures play an important role. Therefore, studying the seismic performance of the connection in steel frame has a great significance. In order to investigate the seismic performance of the connection in steel frame, this paper presents the cross-type model using the software “ABAQUS”. The results show that the weld connection has a good performance in seismic behavior.Keywords: Steel Frame Structure; Shear Deformation; Panel Zone Model; Finite Element Method; Nonlinear Analysis0 前言有限单元法（或称有限元法）是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值分析计算方法。

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四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第 31卷第 6期2005年 12月收稿日期 :2004212206作者简介 :黄怡 (1980- , 女 , 上海人 , 硕士研究生 , 主要从事钢结构抗震性能研究。

框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析黄怡 , 王元清 , 石永久(清华大学土木工程系 , 清华大学结构和振动教育部重点实验室 , 北京100084摘要 :近年来 , 我国的大中城市相继出现了大批的中高层钢结构建筑。

框架—支撑结构体系作为中高层的一种结构形式被广泛采用。

本文运用大型通用有限元软件 ANSYS , , —支撑钢结构建筑进行了抗震性能的计算分析 , 分析包括模态分析、反应谱分析横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。

关键词 :支撑框架 ; 中图分类号 :文章编号 :1008-1933(2005 06-0140-041概述中高层建筑平面布置灵活 , 又可在一定程度上提高土地利用率 , 在大中城市发展迅速。

框架—支撑钢结构体系是中高层建筑运用最多的一种体系 , 它与纯钢框架结构相比有诸多优点 , 例如 :增加了整体刚度和抗侧力能力 , 减少了用钢量 , 梁、柱节点承受的弯矩小 , 构造相对简单等等[6]。

目前 , 对于中高层的动力方面研究已经较多 , 各种专业软件纷纷投入运用。

但是对于立面较不规则的建筑的地震分析 , 尤其是大震下的非线性时程分析还不是很成熟 , 若采用某些专业软件进行简化计算 , 由于用到的假定较多 , 其计算结果误差偏大 , 且对于局部构造的分析不够完全。

随着微机性能的不断提高 , 现在大型通用有限元软件用于土木行业 , 对结构的动力响应进行分析已经成为可能。

因此选用 ANSYS 作为计算软件 , 其瞬态分析使得多层、高层以及超高层的弹性 /弹塑性时程分析成为可能 [7]。

下面 , 结合一中高层框架—支撑钢结构的设计实例 , 用通用软件 ANSYS 对结构的动力特性及抗震性能进行分析。

2工程背景河北省廊坊市某综合服务中心为框架—支撑钢结构建筑 , 地上 8层 , 局部 9层 , 总高度 38m , 结构东西方向长 3814m , 南北方向宽 1612m 。

梁柱节点采用双向刚接 , 采用 Q345钢材。

荷载工况见表 1。

柱脚刚接。

其结构平、立面如图 1所示 , 支撑布置位置见图 1(a 平面图虚线位置。

表 1建筑荷载楼面屋面恒载 /(kN/m 2415015活载 /(kN/m 2210015地震Ⅲ类场地 ,8度抗震 , 按第 1组设计计算该结构在设计过程中已用 P KPM 软件进行静力和抗震性能分析 , 用 ANSYS 软件对静力性能进行校核。

根据 P KPM 软件设计得到的该结构主要的梁柱截面尺寸见表 2。

表 2主要截面尺寸/mm 楼层柱 (箱型主梁 (工型次梁 (工型支撑123456789350×350×18350×350×16350×350×14400×200×8×12350×200×8×102[20a现用 ANSYS 对结构的动力特性作进一步计算 [5], 包括模态分析、反应谱分析、弹性 /弹塑性时程分析 , 结构在地震作用下的横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。

3有限元建模及模态分析311单元选择根据结构的特点与要求 , 参考 ANSYS 的单元手册摘要 , 选择了 4个单元类型 , 分别为 beam 188(梁、柱 ,link 8(支撑 ,mass 21(质量块 ,shell 181(楼板。

建筑用钢材取初始屈服面满足 Mises 准则 , 流动规则为 Prantl — Ruses 规则。

简化地采用理想弹塑性材料模型。

041图 1结构平面及立面312有限元建模该结构立面不规则 , 质心和刚心不重合 , 结构的扭转振型不可忽略 , 因而采用三维有限元建模 , 按照实际工程的尺寸 , 采用分层建模的方式建模。

考虑高阶振型对结构的动力响应影响不大 , 网格划分不需要很密 , 这点和静力分析的网格划分有所区别。

模型规模 :节点数目 1099个、单元个数 2274个。

模型示意见图 2。

图 2三维整体模型313模态分析结构的低阶振型起到控制作用 , 对位移和内力贡献较大 , 本算例仅仅对低阶振型分析 , 忽略高阶振型的影响 , 提取前 10阶振型。

采用了分块 Lanczos 法。

其中起控制作用的前 5阶振型及与其他方法所得结果的比较见表 3。

ANSYS 计算周期比 P KPM 软件计算周期小 , 结构刚度大 , 这和整体参数以及支撑节点设定有关系 , 两者的前 5阶振型吻合得很好。

ANSYS 计算结果在经验公式和欧洲规范简化计算的范围内。

表 3结构自振周期振型ANSYS有限元P KPM 设计软件经验公式欧洲规范振型描述10. 8521. 1470. 72~1. 080. 77Y 向平动 +扭转20. 7951. 087--X +Y 方向平动 30. 6800. 784--扭转 40. 3570. 481--顶部结构扭转 50. 3210. 390--上 3层结构的扭转注 :(1 按照国内经验公式 [1], T 1=(0. 08~0. 12 N , 式中 N 为结构总层数 ;(2 按照欧洲规范 8[2],40m 以下的结构 , 可以采用简化计算公式T 1=C t H 3/4。

框支钢结构 C t 为 0105。

4地震响应分析 411反应谱分析按照现行《抗震设计规范》 [3], 多遇地震取地震影响系数 0116, 结构的阻尼比ζ为 01035, 场地的特征周期为 0145s 。

振型分解反应谱计算时 , 考虑三维结构的双向地震波输入 (由于跨度较小 , 可以忽略竖向地震作用 , 采用“ 平方和的平方根” (SRSS 遇合法则 , 取前 10阶振型参与计算。