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在役半刚性连接钢框架结构的抗震性能评估

王宝峰  
【摘要】: 在役结构指正在使用中的结构,在役钢结构由于已经使用了一段的时间,在自然环境和使用环境的影响作用下,结构必然产生某种程度的损伤和材料的腐蚀老化等不利的现象,这些不利的现象将对在役钢结构的抗震性能产生较大的影响。在钢框架结构的分析与设计中,梁柱的连接通常被认作理想的刚性连接或完全的铰接连接,但采用这种理想的连接模型会造成理论与实际的较大差异,因为任何连接形式的刚度都是介于理想刚接和完全铰接之间的,相对于刚性连接来说,半刚性连接节点具有较强的转动性能和耗能能力,可以抵抗一定的地震荷载,具有很好的抗震性能。因此,研究在役半刚性钢结构的抗震性能及其评估方法对于减轻地震灾害更具实际意义。 本文首先对处于不同年份的在役钢框架的节点性能进行了分析,用有限元分析软件ANSYS根据锈蚀的特性分别对锈蚀半刚性节点和刚性节点,采用Solid92实体单元建立不同年份的锈蚀节点模型,分别对刚性节点和半刚性节点进行单调加载以及循环加载分析,分析不同年代的节点性能以及不同的锈蚀程度对性能的影响。 为了比较半刚性节点与刚性节点对钢框架性能的不同影响,分别建立了3层、6层、10层一榀两跨的半刚性连接钢框架和刚性连接钢框架,选用实际的地震记录,分别输入进行弹塑性时程分析,得出顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线以及层间位移的包络图,从不同的角度比较半刚性连接钢框架和刚接钢框架的不同反应,以及结构的高度对结构反应的影响。 随着在役结构服役时间的增长,结构必然产生一定程度的损伤和材料老化,且在预期剩余使用年限内的地震动作用的超越概率也随之发生变化,在上述分析结果的基础上,对5层2跨的在役半刚性连接钢框架和刚性连接钢框架进行Pushover分析。在不同后续使用年限内的多遇地震和罕遇地震作用下,随着钢框架节点的初始转动刚度的降低,对比了刚性框架与具有不同节点初始转动刚度的半刚性框架的性能点以及易损性曲线,分析了半刚性连接对结构抗震性能的影响,以及同时考虑抗力和地震作用随着后续使用年限的变化,对结构抗震性能的影响。


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