Ⅴ型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素.pdf

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1、第27卷第2期苏州科技学院学报(工程技术版)Vol_27No．22014年6月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Jun．2014V型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素刘衍军，顾强(苏州科技学院土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：采用不同地震波对10层3跨、l5层3跨、20层3跨等3种V型偏心支撑钢框架结构进行了地震能量分析，研究了地震动特性和结构特性对滞回能层间分布及各构件耗能的影响

2、。结果表明，地震动加速度峰值对滞回能层间分布及各构件耗能的影响较大，地震动频谱特性、持时及结构特性对滞回能层间分布的影响较小：滞回能在总输入能中的百分比受结构阻尼比的影响较大，但阻尼比不改变地震下结构总耗能的大小。关键字：V型偏心支撑；滞回耗能；层间分布；构件滞回能中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1672—0679(2014)02—0047—06结构滞回能层间分布及影响因素在基于能量抗震设计方法中具有举足轻重的地位[1-5]，文中通过对10层3跨、15层3跨与2O层3跨等3种V型偏心支撑钢框

3、架结构在不同地震波下的弹塑性时程进行分析．探讨了地震动特性及结构特性对滞回能层间分布规律及各构件滞回耗能的影响，为V型偏心支撑钢框架基于能量抗震设计提供依据。1能量平衡方程应用能量法的基本概念可以将结构的运动微分方程转变为能量平衡方程[61。在地震作用下，结构的能量方程可以表示为E汁EEEh=El1、)其中，为结构的总输入能，为结构的动能，为结构的阻尼耗能，E为结构的弹性应变能，既为结构的滞回耗能。仅很少一部分地震输入能转化为动能和弹性应变能，大部分通过阻尼和塑性变形来耗散[71。因此，结构的动能和弹性应

4、变能都比较小，几乎可以忽略不计，阻尼耗能及滞回能构成了输入能量的主体。当地震动输入给结构的能量小于结构的耗能能力时，结构是安全的，反之结构是不安全的。2结构算例文中l0层3跨、15层3跨、20层3跨等3种V型偏心支撑钢框架的层高均为3．3m，跨度均为7．8m．耗能梁长度0．8m。结构的平、立面如图1所示。楼面恒(活)荷载为＼／4．0(2．0)kN／m，屋面恒(活)荷载为5．6(0．5)kN／m。钢材为Q235，＼／嘲＼／_弹性模量取2．06x10MPa，泊松比为0．3。采用双线性随动强化模＼／型，切线模量

5、E=0．03E=6180MPa，阻尼比取0．05。采用ABAQUS＼／有限元软件分析，带支撑榀框架竖向荷载取一跨范围内的重力荷＼／载代表值，地震荷载完全由带支撑的两榀框架承担，每榀承担一半7枷-．-m-的地震荷载，因此各层质量取结构每层重力荷载代表值的一半。构件截面尺寸见表l，3种结构的前三阶自振周期见表2。图1结构平、立面布置图[收稿日期】2013—05—10[基金项目】国家自然科学基金项目(51278320)【作者简介】刘衍军(1987一)，男，山东邹城人，硕士研究生。苏州科技学院学报(工程技术版20

6、14表l三种结构构件截面尺寸mm表2结构的自振周期s3滞回能层间分布影响因素从地震动特性和结构特性研究滞回能层间分布规律影响因素，前者包括加速度峰值(PGA)、频谱特性、持时；后者包括耗能梁长度、耗能梁腹板高厚比、阻尼比、材料切线模量。分析时，对1O层3跨结构选用1号地震波、15层3跨结构选用2号地震波、20层3跨结构结构选用3号地震波。地震波信息如表3。表3地震波信息定义为第层滞回能占总滞回能的百分比，为第层耗能梁滞回能占第层滞回能的百分比，为第i层框架柱滞回能占第i层滞回能的百分比，为第i层框架梁滞回

7、能占第i层滞回能的百分比，为第i层支撑滞回能占第层滞回能的百分比。3．1PGA的影响从图2可以看出，PGA对v型偏心支撑钢框架滞回能层间分布影响较大。随着PGA的增大，结构底层耗能所占的比例逐渐增大，中间几层逐渐减小，顶部几层基本保持不变，但PGA变化不改变滞回能上小下大梯形分布的总趋势。PGA增大，结构的响应增大，发生更大的塑性变形，不仅耗能梁进入弹塑性，框架柱、梁、支撑也有不同程度的塑性变形，结构的抗侧刚度变小，Pl-△效应加大，柱脚进入塑性，导致底部耗散的能量增加。以l0层结构为例．当PGA=220

8、cm／s时，底部滞回能仅占总滞回能的12．5％，第二层滞回能所占的比例最大，为25％；当PGA=620cm／s时，底部滞回能占总滞回能的25％，第二层下降到19％。10诧噬9辎8765i432；10510’52o2530∞．，％(a)10层3跨(b)15层3跨(c)20层3跨图2不同加速度幅值下结构滞回能层间分布从图3可以看出，PGA对滞回能在不同构件间的比例影响较大。PGA较小时，几乎全部的滞回能都由耗能梁耗散，框架梁、柱、