人字形偏心支撑半刚接钢框架的动力特性分析

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将偏心支撑作为半刚接钢框架的抗侧体系,是一种新型的框架支撑体系,可以称之为偏心支撑半刚接钢框架。一方面,这是对现有结构体系的完善和发展,偏心支撑可以弥补半刚接钢框架的不足,增大半刚接钢框架的弹性刚度,减小侧移,解决工程实际问题,并增加半刚接钢框架的使用范围;另一方面,两种耗能能力较强的体系相结合,应该表现出优越的抗震性能,这也是探索理想抗震体系的一个有益尝试。结构体系的动力特性,如周期、频率、阻尼等,是结构动力分析的基本参数,是抗震设计的依据。本文主要探讨了偏心支撑半刚接钢框架的动力特性,研究工作以有限元理论分析和试验研究密切配合为原则,有限元模态分析为主,试验结果用来对比验证有限元数据。试验为V形偏心支撑刚接、半刚接钢框架的动力特性试验。试验结果表明,刚接框架试件刚度大,能很快完成对地震能量的吸收,与之相比,半刚接框架试件刚度低,周期大,两框架自振周期均符合经验公式且与ANSYS有限元模型拟合良好。有限元分析由ANSYS完成,以人字形偏心支撑半刚接钢框架为研究对象,系统的探讨了梁柱连接节点初始转动刚度、偏心支撑类型、层数、跨数、耗能梁段长度、耗能梁段腹板加劲肋间距、支撑布置方式等参数对自振周期的影响,共分析了4个系列200个框架试件。计算数据表明:节点刚度增加导致结构刚度增加,周期减小;周期随框架层数、跨数、及耗能梁段长度的增加而增大;节点的初始转动刚度对单跨试件影响较小,多跨试件影响显著;支撑类型对结构周期无影响,宜选择匀质对称的支撑布置形式。最后,本文根据试验研究和有限元分析结果,总结出多跨人字形偏心支撑半刚接钢框架是一种良好的抗震体系,提出了人字形偏心支撑半刚接钢框架自振周期的计算公式,为相关工程的设计和抗震减灾工作提供了参考依据。
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