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在应用日益广泛的钢货架结构中,横梁和立柱主要采用插接式柱卡进行连接,此种连接方式的受力性能具有独特性,不同于普通的螺栓连接和焊接,需要进行相应的试验研究和受力分析。目前国内外对钢货架结构的抗震研究还较少,随着生产安全性指标的提高,针对钢货架结构进行专门的抗震方法研究和抗震性能分析重要的现实意义和实际应用价值。本文将模态Pushover分析(MPA)引入到钢货架结构的抗震分析中,并考虑节点半刚性性能对钢货架结构进行抗震研究。
首先,针对钢结构货架的连接形式,依据FEM规范进行试验方案设计与试件制作,并采用门式框架进行试验加载;其次,建立简化三维有限元精细模型,同时考虑材料非线性、几何非线性,引入接触非线性进行计算分析,并将所得节点弯矩-转角(M-θ)曲线简化为半刚性塑性铰骨架线;然后,归纳和推导了MPA方法的原理、假定、计算公式和分析步骤,并将其与底部剪力法、振型分解反应谱法进行对比分析;最后,采用两种不同的钢货架结构模型,详细研究了考虑节点半刚性的钢货架结构抗震性能。
通过上述研究,得到以下主要结论:
1.有限元模拟得到的门式框架整体变形、破坏模式、数值曲线与试验结果基本一致,所得M-θ曲线也基本吻合,验证了数值模拟的合理性,为相关试验方案和有限元模型可为类似的钢货架插接式节点半刚性特性研究提供参考。
2.采用三次多项式并拟合得出适用于钢货架结构抗震分析的M-θ曲线:M=180221θ3-10959.7θ2+238θ,并依据塑性铰简化机制,可得到适用于推覆分析的节点塑性铰骨架线。
3.采用MPA方法对钢货架结构进行抗震分析设计较之底部剪力法和振型分解反应谱法要严格,并可考虑结构弹塑性影响,得到钢货架结构的受力分析过程。
4.该梁柱节点的半刚性抗弯性能介于刚接和铰接之间,且更偏向于刚接,具有一定的抗弯刚度。
5.普通钢货架结构与框架结构的受力方式类似,而考虑纵向垂直支撑体系和纵向水平支撑体系的高层钢货架结构与框架结构的受力方式存在较大差异。
6.高阶模态对钢货架结构,尤其是高层钢货架结构具有不可忽略的影响。