偏心支撑钢框架抗连续倒塌性能研究

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偏心支撑框架将传统框架和中心支撑框架体系的优点结合到一个结构体系中,目的是在强震或者大变形作用下使结构保持较高的弹性刚度和较好的耗能能力。框架通过部分构件的塑性变形吸收能量,减少其它构件的内力,保证结构的安全。然而目前对这种结构形式在连续倒塌方面的研究非常有限,相关规范的规定也比较模糊。本文利用SAP2000有限元分析软件,对不同形式的偏心支撑框架抗连续倒塌能力以及框架受损后的抗侧力性能进行研究。首先建立偏心支撑框架的二维和三维结构模型,分别采用非线性静力分析和非线性动力分析对模型的抗连续倒塌性能进行研究。结果显示,支撑可以提高框架的竖向刚度和承载能力,但同时会削弱其变形能力和能量吸收能力。二维分析模型在计算变形、能量和刚度时相比三维模型的区别不大,但计算承载能力时存在一定误差。采用非线性静力分析对不同偏心支撑框架抗连续倒塌性能的影响因素进行研究。结果显示,单跨布置支撑框架边跨柱失效时,框架各项性能与无支撑框架相近。IV形偏心支撑对框架承载能力和竖向刚度的提升效果最明显,D形偏心支撑框架的承载能力表现最差;Y形偏心支撑框架对竖向刚度的提升效果最小,但延性和能量吸收能力明显优于另几种类型的支撑框架。耗能梁段长度为1.2m的双跨布置支撑框架各项性能表现最好。采用非线性动力分析对偏心支撑框架的抗连续倒塌性能进行研究。结果显示,非线性动力分析得到的框架承载能力、竖向刚度、能量吸收能力、失效柱邻柱轴力和竖向位移与非线性静力分析的结果相近,但水平位移的误差较大。对构件失效时间的研究显示,位移系数同时受到受损框架的一阶竖向自振周期和一阶自振周期的影响。对受损的偏心支撑框架进行Pushover分析,评估局部损伤框架的抗侧力性能以及构件对结构的重要性。结果显示,均布加载模式得到的框架各项性能与倒三角形分布和一阶振型分布模式有一定区别。构件受损后,由于框架内力进行了重分布,带有较长耗能梁段的框架初始破坏位置位于底层柱或梁上。此外,本文对受损框架抗剪承载能力、抗侧刚度、能量吸收能力及相关鲁棒性指标进行了计算,比较不同参数和评估指标下各框架的性能优劣情况,结果显示破坏位置对框架的性能影响很大。
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