角隅撑门式刚架结构受力性能分析

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门式刚架房屋在遭受风、雪、地震等灾害时,容易发生局部破坏甚至整体倒塌,表明这类结构在极端荷载作用下存在安全赘余度不足的问题。而在实际工程中,如果通过逐一增大构件截面来增强结构的安全赘余度并不是一种合理的设计方法。因此,本文提出了一种在门式刚架梁柱区域加设角隅撑的设想,拟通过角隅撑来改善门式刚架结构整体的受力性能,提高门式刚架的整体安全赘余度,以改善门式刚架结构在极端荷载下的抗倒塌能力。为探讨角隅撑门式刚架的受力性能及角隅撑的设计方法,本文结合门式刚架的受力特点,确定了角隅撑门式刚架的主要影响参数,建立了 216个算例模型,进行了弹性分析、弹塑性极限承载分析及滞回性能分析,分析表明:1.结构在竖向荷载作用下,角隅撑可以有效提高门式刚架结构的竖向极限承载力,提高结构竖向刚度,并使结构应力分布更均匀,以保护梁柱节点域,增加结构延性:与常规门式刚架相比,加设角隅撑后结构的高峰应力区域从梁柱节点域移至角隅撑与梁柱连接处附近,并使该处先于梁柱节点域出现屈服区。2.结构在水平荷载作用下,角隅撑可以提高门式刚架结构的水平极限承载力,提高结构侧向刚度,但由于门式刚架结构在水平荷载作用下其柱脚易先发生破坏继而结构失稳倒塌,角隅撑无法改善此种破坏模式。3.在低周反复荷载作用下,角隅撑可以有效增强门式刚架的耗能能力,减小结构的刚度退化,使得角隅撑门式刚架较普通门式刚架,抗震能力明显增强。4.角隅撑设置高度对结构受力性能的影响较明显,角隅撑设置高度越大,结构竖向刚度就越大,结构极限承载力越高,应力分布越均匀,结构抗震耗能能力也有所增强。建议在不影响建筑使用功能的情况下,角隅撑设置高度应尽可能增大。5.角隅撑设置角度对结构极限承载能力的影响较明显,角隅撑设置角度为30°时,结构的极限承载力提升幅度较低;角隅撑设置角度在45°时,结构的极限承载力、延性及抗震耗能能力均有明显提高;角隅撑设置角度为60°时,结构的最终破坏位置往往首先出现在钢柱与角隅撑连接处附近,不符合“强柱弱梁”的抗震要求:建议角隅撑设置角度在45°左右。6.当角隅撑与钢柱的截面刚度比在0.01-0.07的范围内,通过调整角隅撑截面高度改变截面刚度对结构的受力性能改善较明显;当其截面刚度比在0.07-0.25的范围内,通过调整角隅撑截面高度改变截面刚度对结构的受力性能改善较小。建议在设计角隅撑时,应尽量调整角隅撑截面高度以使其与柱的截面刚度比在0.01-0.07的范围内。7.通过调整角隅撑的翼缘宽度改变其截面刚度对结构受力性能的影响较明显。角隅撑翼缘宽度越大,结构竖向刚度、极限承载力越高,应力分布越均匀,建议在设计角隅撑时,可以尽可能增大翼缘宽度。8.通过调整角隅撑的翼缘厚度改变其截面刚度对结构受力性能的影响并不明显,建议设计角隅撑翼缘厚度时参考规范要求的宽厚比即可。
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