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门式刚架结构整体拟静力性能有限元分析

燕佳  
【摘要】:门式刚架自上世纪90年代初引进以来,其研究及应用范围越来越广阔。该结构的主要特点是承重构件采用变截面形式,且构件的腹板允许发生局部屈曲并利用屈曲后强度。由于门式刚架主要构件的截面采用变截面,其破坏模式与等截面形式的钢框架不同。目前,门式刚架结构抗震性能研究还比较欠缺,需要对结构的承载能力、延性及耗能等方面进行深入研究,以便进一步了解其抗震性能。 采用ANSYS考虑几何、材料及端板接触的非线性,对柱脚铰接的1/3缩尺变截面门式刚架建立有限元模型,计算分析结构在往复荷载下的滞回性能,分析结果表明,有限元值较好吻合于试验值,模型可用于结构滞回性能的参数分析。 之后对原型结构进行建模分析,研究发现:结构破坏模式为靠近柱的梁端及梁最小截面两处形成塑性铰而破坏;门式刚架结构延性及耗能性能较差,荷载达到极限值后结构很快就破坏,呈脆性破坏特征;有限元分析所得结构的拟静力地震抗力远大于底部剪力法计算值,符合规程规定;结构的柱顶水平位移值与规程规定限值相当。 然后对门式刚架足尺结构建立模型,系统研究了梁翼缘宽厚比、梁腹板厚度及钢板材料等参数对门式刚架结构在循环荷载作用下的承载能力、延性及耗能特性的影响,分析表明:在本文所研究的变化范围内,梁翼缘宽厚比、梁腹板厚度及钢板材料对结构受力性能影响较大,其中梁腹板厚度影响最为显著。 最后基于分析结果,提出抗震建议:为保证结构的承载力,严格限制梁翼缘的宽厚比,即需要满足弹性不屈曲的要求;梁腹板的高厚比不宜过大;在采用强度较高的钢材时,宜适当增大承载能力富裕度。


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