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长期以来,钢结构框架被认为是一种具有良好抗震性能的结构体系,在多高层建筑中应用广泛。然而Northridge和阪神地震中钢结构框架发生了大量破坏,而且大多属于连接部位的脆性断裂。目前国内对钢框架体系的受力性能研究大多把节点作为独立的研究对象,这与框架结构的实际受力情况有较大差异。本文从研究框架的整体抗震性能出发,设计了4个系列共15个试件,对梁腹板开孔钢框架的整体受力性能进行了系统的分析与研究,提出了相应的抗震设计建议。 本文在考虑材料非线性、几何非线性的基础上,采用有限元法首次对梁腹板削弱钢框架的整体受力性能进行了系统研究。基于规范“强柱弱梁”的抗震设计原则,通过对框架梁截面腹板进行适当的削弱,以确保结构在强震作用时,塑性铰远离节点薄弱环节。作者通过变化开孔大小、开孔位置、孔心净距以及对孔加长时,将各因素对试件整体受力性能产生的影响进行了全面、系统的研究,重点分析了框架节点域、焊缝和削弱梁截面等关键部位的应力分布,并对各系列框架的强度、刚度、延性及耗能性能进行了对比分析。研究结果表明:腹板开孔可显著改善框架节点区的应力分布,焊缝处的高三轴应力状态得到明显改善,梁腹板削弱后梁上的塑性变形范围较标准框架显著扩大;孔径增大,可适当改善结构的耗能能力;开孔位置对结构的耗能能力有明显影响,开孔位置距柱翼缘较近的试件,其耗能能力较强;当腹板开孔位置确定时,开孔可根据工程需要适当向梁跨中加长,但不宜大于0.5倍梁高,开孔加长对框架的受力性能影响不大;当开双孔或多孔时,孔间净距对框架的抗震性能影响不大。 本文全面、系统、深入地分析了梁腹板削弱钢框架在低周循环荷载作用下的整体受力性能,对于改进有关规范、指导工程设计具有重要的参考价值,也为进一步研究新型钢框架的抗震性能打下了良好的基础。